[发明专利]一种具有舵机容错性能的船舶航向保持控制方法在审

专利信息
申请号: 202310051156.1 申请日: 2023-02-02
公开(公告)号: CN115963839A 公开(公告)日: 2023-04-14
发明(设计)人: 徐峰;冯城;周辰东;石冉 申请(专利权)人: 宁波扇贝科技有限公司
主分类号: G05D1/02 分类号: G05D1/02
代理公司: 大连大工智讯专利代理事务所(特殊普通合伙) 21244 代理人: 徐淑东
地址: 315001 浙江省宁波市高新*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 舵机 容错 性能 船舶 航向 保持 控制 方法
【权利要求书】:

1.一种具有舵机容错性能的船舶航向保持控制方法,其特征在于,所述控制方法包括:

构建船舶的Nomoto非线性模型和舵机故障模型;

根据所述船舶的Nomoto非线性模型定义航向误差,采用动态面控制技术设计虚拟控制器以镇定航向误差;

引入径向基神经网络以处理所述非线性模型中的不确定项;

根据所述舵机故障模型,并结合最小参数化方法对所述径向基神经网络权值横向压缩;

通过引入自适应参数设计自适应律,在线补偿偏置故障、失效故障引起的控制精度影响,并将所述自适应律输入船舶航向保持控制器,以镇定转艏角速度误差。

2.根据权利要求1所述的具有舵机容错性能的船舶航向保持控制方法,其特征在于,所述构建船舶的Nomoto非线性模型,包括:

船舶的Nomoto非线性模型如式(1)所示。

式中,ψ为航向角;为非线性模型项;δ为舵角命令;Δ为外界干扰,T,K为船舶的操纵指数,α12为关于转艏速率的比例系数;舵角δ满足δ∈[-35°,35°]。

3.根据权利要求2所述的具有舵机容错性能的船舶航向保持控制方法,其特征在于,所述构建船舶的Nomoto非线性模型,还包括:

为了方便控制器设计,将式(1)转换为状态空间的形式:

式中,b=K/T为未知增益,为非线性阻尼项,dwr=Δ/T为未知海洋环境干扰。

4.根据权利要求3所述的具有舵机容错性能的船舶航向保持控制方法,其特征在于,所述舵机故障模型表示为:

式中,δo为控制命令输入,0<ko<1和为未知故障参数,分别表示为舵机故障的开始时刻和终止时刻。

5.根据权利要求4所述的具有舵机容错性能的船舶航向保持控制方法,其特征在于,根据所述船舶的Nomoto非线性模型定义航向误差,采用动态面控制技术设计虚拟控制器以镇定航向误差,包括:

假设船舶期望航向为ψd,且存在二阶可导,定义航向误差ψe=ψ-ψd,并对其求导得到式(4):

为了镇定航向误差,针对r设计虚拟控制器,如式(5)所示:

式中,k1>0为人为设定的控制参数;

为了避免对虚拟控制律αr求时间微分导数造成的计算负载问题,采用式(6)所示的动态面技术,即:

式中,βr为一阶低通滤波器,τr为时间常数;

虚拟控制器αr与r之间存在误差re,re=αr-r,得到误差re的导数表示为:

定义动态面误差为yr=βrr,则时间导数表示为:

其中,Br(·)为具有未知上界的连续函数。

6.根据权利要求5所述的具有舵机容错性能的船舶航向保持控制方法,其特征在于,所述引入径向基神经网络以处理所述非线性模型中的不确定项,包括:

定义转艏角速度误差变量为re=βr-r,结合式(2)对误差变量求时间导数可得式(9)为:

式中,非线性项f(r)=S(r)Ar+ε(r)=S(r)Aβr-brS(r)wr+ε(r),且有,br=||Ar||,因此,brwr=Arre

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