[發明專利]一種船舶舵機的迭代學習控制算法

在審

• 申請號: 201510652368.0
• 申請日: 2015-10-08
• 公開（公告）號: CN105197185A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 陳靜;蔣正凱;唐軍勝;程林中
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: B63B9/00
• 分類號: B63B9/00;B63H25/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種船舶舵機的迭代學習控制算法，包括了基于迭代學習控制的船舶舵機系統控制算法的實現，迭代學習控制的工作原理的闡述，船舶舵機動態方程和相應學習律的收斂性和魯棒性的分析論證。屬于迭代學習控制、船舶舵機運動控制等技術領域。

背景技術

舵機是船舶操縱控制的核心系統，船舶舵機控制系統決定了船舶舵機的主要性能。船舶航行時，要求控制航向的船舶舵機控制系統必須具有良好的穩定性、魯棒性和靈活性。舵機系統是一個非線性系統，在不同工況及不同水域環境下工作導致的負載變化以及干擾，經典PID控制器不能實時改變控制參數，難以滿足控制系統的性能指標要求。

迭代學習控制理論是由日本學者Arimoto提出，適合于一類具有重復運行特性的研究對象，其任務是尋找控制輸入，使得研究系統的實際輸出軌跡在有限時間區間上沿整個期望輸出軌跡實現零誤差的完全跟蹤，并且整個過程要求快速完成。迭代學習控制不要求建立控制對象精確的數學模型，更不需要確定數學模型的相關參數，在只有給定初始狀態條件下，尋找合適的學習律即能實現對控制對象的完全跟蹤，適合船舶舵機控制。

一般的舵機控制系統將模糊控制和神經網絡技術用于改善舵機的響應速度和控制精度，基于多滑模自適應模糊控制算法改善船舶跟蹤誤差，采用Agent思想構建舵機系統，實現較強的航跡保持、自動轉向和避碰能力，通過分別將非線性船舶操縱數學模型和離散變結構用于加強船舶自動舵的魯棒性。但以上都難以建立船舶舵機精確數學模型，不能確定數學模型的相關參數，不能實現對船舶航行的有效控制。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種船舶舵機的迭代學習控制算法，包括基于迭代學習控制的船舶舵機系統控制算法的實現、船舶舵機動態方程和相應學習律的收斂性和魯棒性的分析論證，克服難以建立船舶舵機精確的數學模型問題，實現控制航向的船舶舵機控制系統具有良好的穩定性、魯棒性和靈活性。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

針對船舶舵機運動控制的特點，分析了船舶舵機系統的數學模型，提出了基于迭代學習控制的船舶舵機系統控制算法，闡述了迭代學習控制的工作原理，分析論證了船舶舵機動態方程和相應學習律的收斂性和魯棒性。算法實現具體步驟如下：

(1)構建狀態空間型船舶動態數學模型。選取狀態變量x₁＝ψ，x₃＝θ，系統輸出y為船舶實際航向ψ。由非線性的二階船舶動態響應模型和舵機伺服系統動態方程得到了包含舵機控制系統特性的船舶動態狀態空間表達式：

x·1=x2]]>

x·2=-1Tx2-γTx23+KTx3---(1)]]>