[發明專利]基于RBF神經網絡補償的船舶動力定位滑模控制系統及方法

有效

• 申請號: 201710396708.7
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107065569B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 夏國清;薛晶晶;陳興華;劉彩云
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種基于RBF神經網絡補償的船舶動力定位滑模控制系統及方法。包括顯控計算機(1)、導引系統(2)、擴張狀態觀測器(3)、滑模控制器(4)、RBF神經網絡補償器(5)、執行機構(6)、動力定位船舶(7)、傳感器系統(8)。本發明的基于RBF神經網絡補償的船舶動力定位滑模控制系統及方法考慮了船舶運動中的未建模動態、模型不確定、環境干擾和執行機構輸入飽和問題，提高船舶動力定位系統的抗干擾能力和定位精度，在推進器、螺旋槳等執行機構輸入受限情況下能夠達到較好的控制效果。

技術領域

本發明涉及一種船舶動力定位滑模控制系統，本發明也涉及一種船舶動力定位滑模控制方法。

背景技術

海上石油和天然氣等海洋資源的開采為船舶動力定位的發展開啟了新紀元，配備動力定位控制系統的船舶數目從最初的幾艘到目前的幾千艘甚至更多，充分顯示了動力定位控制系統廣闊的應用前景。動力定位控制系統廣泛應用在海上石油開發、鉆取巖心、海底采礦、鋪纜、鋪管、潛水支援、海上消防等作業中。動力定位系統是指僅通過自身推進器或螺旋槳產生的推力來保持船舶的位置和艏向。在船舶動力定位運動控制中，由于水動力參數等因素引起的模型不確定項、數學模型中的未建模動態項和慢變環境干擾等影響船舶運動的控制效果，并且由于推進器等執行機構的限幅問題使得控制系統輸入受限，因此，針對這些問題進行研究具有一定的實際意義。

中國專利CN103760900A提出了一種考慮控制輸入約束的船舶運動控制系統，該專利利用濾波反步法與自適應神經網絡相結合對船舶運動進行控制，解決了控制過程中的輸入約束問題與船舶模型未知非線性問題。與該方法不同的是，本發明主要針對執行機構飽和情況下船舶運動中模型不確定、未建模動態項和環境干擾問題進行研究。

中國專利CN105867382A提出了一種基于等效干擾補償的船舶動力定位控制系統，該專利將外界環境干擾、內部系統不確定項和干擾項等效成一個狀態變量對船舶運動的三個自由度分別設計擴張狀態觀測器，提高了控制系統的抗干擾能力。與該方法不同的是，本發明除了對船舶運動中模型不確定、未建模動態項和環境干擾問題進行研究，還對控制系統中由于推進器、螺旋槳等執行機構引起的飽和問題進行研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種抗干擾能力好、定位精度高且在執行機構輸入受限情況下能夠達到較好控制效果的基于RBF神經網絡補償的船舶動力定位滑模控制系統。本發明的目的還在于提供一種基于RBF神經網絡補償的船舶動力定位滑模控制方法。

本發明的基于RBF神經網絡補償的船舶動力定位滑模控制系統，包括顯控計算機1，導引系統2，擴張狀態觀測器3，滑模控制器4，RBF神經網絡補償器5，執行機構6，動力定位船舶7，傳感器系統8；其特征是：傳感器系統8實時采集動力定位船舶7的位置和角度信息，簡稱位姿信息η，并將采集到的位姿信息傳遞給顯控計算機1和擴張狀態觀測器3；顯控計算機1實時顯示船舶的實際位姿信號并將期望位姿階躍信號η_d0傳遞給導引系統2；導引系統2對期望位姿階躍信號進行平滑處理，得到連續的期望位姿信息η_d和其一階、二階導數并傳遞給滑模控制器4；擴張狀態觀測器3將船舶運動中的未建模動態、模型不確定項和環境干擾擴張成一個擴張狀態向量d，并對位姿信息和擴張狀態向量進行估計，得到擴張狀態向量估計值位姿信息估計值及其一階、二階導數并傳遞給滑模控制器4；RBF神經網絡補償器5針對控制輸入飽和下的控制量誤差δ進行RBF逼近，得到控制量補償誤差并傳遞給滑模控制器4；滑模控制器4針對期望位姿信息和其一階、二階導數η_d,位姿信息估計值及其一階、二階導數和擴張狀態向量估計值控制輸入飽和下的控制量誤差估計進行滑模控制，得到執行機構6在輸入飽和條件下的控制量τ；執行機構6根據滑模控制器4輸出的控制量τ對動力定位船舶7進行控制，使得船舶運動到期望位姿狀態。

本發明的基于RBF神經網絡補償的船舶動力定位滑模控制方法為：