[發(fā)明專利]一種基于事件驅(qū)動(dòng)的廣義預(yù)測(cè)自適應(yīng)補(bǔ)給船航向控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610859143.7
• 申請(qǐng)日: 2016-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN106325071B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王元慧;王莎莎;付明玉;王成龍;庹玉龍;趙亮博;張放;張博;沈佳穎;葛然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04;G05D1/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于事件驅(qū)動(dòng)的廣義預(yù)測(cè)自適應(yīng)補(bǔ)給船航向控制方法，其特征在于：

第一，選用工作在離散狀態(tài)下的離散事件觸發(fā)器，設(shè)計(jì)變閾值下的觸發(fā)判定函數(shù)，在到達(dá)觸發(fā)時(shí)刻時(shí)，事件觸發(fā)器通過觸發(fā)判定函數(shù)判斷當(dāng)前狀態(tài)是否滿足觸發(fā)條件；

定義時(shí)間段為t∈[t_k,t_k+1)，時(shí)間觸發(fā)器的采樣周期為固定間隔T，事件下一個(gè)觸發(fā)時(shí)刻表示為：

其中：h為觸發(fā)周期，0＜h＜T,γ((h+1)T)為事件觸發(fā)器判斷觸發(fā)的閾值，為指數(shù)遞減函數(shù)，參數(shù)范圍ε＞1,0≤α≤1,ε₀≥0；e(hT)為hT時(shí)刻的觸發(fā)偏差；k∈N為整數(shù)

所述觸發(fā)判定函數(shù)Γ(s(ψ,e))為：

式中：ψ為船舶航向，ψ_di為接收船的航向，ψ_i為補(bǔ)給船的航向，e_ADRC為控制器前一觸發(fā)時(shí)刻與當(dāng)前時(shí)刻的偏差，e為觸發(fā)偏差，θ為e_ADRC調(diào)節(jié)因子，σ、μ為正態(tài)分布函數(shù)的參數(shù)，κ為閾值調(diào)節(jié)因子，s(ψ,e)表示在t≥0的情況下觸發(fā)方程s(t⁺_k+1)＝b(s(t_k+1))的解，s＝[ψ^Τ e^Τ]，且觸發(fā)條件是：滿足觸發(fā)判定函數(shù)的上下界之間的值；

第二，通過補(bǔ)給船低頻運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型得出舵角-航向的受控自回歸積分滑動(dòng)平均模型作為預(yù)測(cè)模型，采用遺忘因子遞推最小二乘法對(duì)預(yù)測(cè)模型的參數(shù)進(jìn)行在線估計(jì)；

第三，結(jié)合事件驅(qū)動(dòng)觸發(fā)器將需要控制的狀態(tài)發(fā)送給控制器，控制器通過GPC自適應(yīng)算法解算后輸出舵角控制增量和控制量，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)給船快速完成靠近階段和并行階段并保持補(bǔ)給階段的航向跟蹤。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于事件驅(qū)動(dòng)的廣義預(yù)測(cè)自適應(yīng)補(bǔ)給船航向控制方法，其特征在于：

補(bǔ)給船低頻運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程為：

式中：狀態(tài)向量X＝[u v r]^T分別為橫向速度、縱向速度和角速度，系數(shù)矩陣A(k)為時(shí)變矩陣，控制向量U＝[F_x F_y F_n]^T表示推力器在縱蕩、橫蕩和艏搖三個(gè)方向上產(chǎn)生的力和力矩，B為定常矩陣，得出：

式中：m為補(bǔ)給船的質(zhì)量，I_z為轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩，x_G為補(bǔ)給船重心G點(diǎn)橫坐標(biāo)值，其余均為水動(dòng)力參數(shù)；u、v、r分別表示橫向速度、縱向速度、艏搖角速度；

將補(bǔ)給船的低頻運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型離散化后得出：X(k+1)＝G(k)X(k)+HU(k)，且有

經(jīng)過離散化和參數(shù)的在線估計(jì)，表述成航向角ψ與舵角δ的預(yù)測(cè)模型為：

其中：Δ＝1-z^-1是差分算子，ψ(k)、δ(k-1)和ξ(k)分別是系統(tǒng)輸出、系統(tǒng)輸入和均值為零、方差為σ²的白噪聲，z表示離散化后的變量算子，A₁＝-{I+G(k-2)[G(k-2)+I]^-1[G(k-1)+I]}，A₂＝G(k-2)[G(k-2)+I]^-1[G(k-1)+I]，參數(shù)表示A₁,A₂,B₀,B₁的估計(jì)值。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于事件驅(qū)動(dòng)的廣義預(yù)測(cè)自適應(yīng)補(bǔ)給船航向控制方法，其特征在于：

由預(yù)測(cè)模型得到矩陣多項(xiàng)式：

并引入丟番圖方程：

得到預(yù)測(cè)輸出的向量形式為：

ψ＝GΔδ+F(z^-1)ψ(k)+H(z^-1)Δδ(k-1)

式中：ψ＝[ψ(k+1)^T,...,ψ(k+N₁)^T]^T，Δδ＝[Δδ(k)^Τ,...,Δδ(k+N_u-1)^Τ]^Τ，E′_j,F_j,G′_j,H_j為j時(shí)刻的多項(xiàng)式，

而性能指標(biāo)函數(shù)為：其中：Δδ(k+j)＝0,j＝N_u,…,N₁，N_u為控制時(shí)域，N₁為最大預(yù)測(cè)時(shí)域，λ(j)是大于零的控制加權(quán)系數(shù)，ψ_r(k)有界為期望艏向設(shè)定值；

將預(yù)測(cè)輸出的向量帶入至性能指標(biāo)函數(shù)的向量表達(dá)式中，得到未來(lái)控制時(shí)域內(nèi)最優(yōu)控制增量為：

ψ＝(G^ΤG+λI)^-1G^Τ[ψ_r-F(z^-1)ψ(k)-H(z^-1)Δδ(k-1)]

定義(G^ΤG+λI)^-1G^Τ的前n行記為P^Τ＝[P₁,…,P_N1]、

則舵角控制增量為：Δδ(k)＝P^Τ[ψ_r-F(z^-1)ψ(k)-H(z^-1)Δδ(k-1)]，

控制量為：δ(k)＝δ(k-1)+Δδ(k)。