[發明專利]一種海面溢油的隨機溯源跟蹤控制方法及其系統

有效

• 申請號: 201810449805.2
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108664025B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 姜向遠;曾虹;李帥
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05B13/04
• 代理公司: 青島申達知識產權代理有限公司 37243
• 代理人: 霍本俊

1.一種海面溢油的隨機溯源跟蹤控制方法，其特征在于，方法步驟包括：

1)無人船上設置有傳感器、擴散-對流模塊、無人船運動處理器、狀態觀測器、隨機搜索策略模塊和前驅動動力處理器，通過傳感器檢測溢油海面傳感數據；基于傳感數據，通過擴散-對流模塊處理得到溢油模型參數，通過無人船運動處理器得到運動模型參數；

2)基于溢油模型參數和運動模型參數，所述無人船運動處理器獲得無人船質心運動學模型，與擴散-對流模塊的溢油羽鋒處理模型相結合，得到狀態觀測器的狀態方程和觀測方程；將狀態觀測器與隨機搜索策略模塊聯合處理，求得無人船運動學控制率；

3)前驅動動力處理器基于反饋線性化方法對無人船運動學控制率處理，獲得無人船動力學控制率，進而得到無人船的搜尋數據，所述搜尋數據包括無人船推動力和運動方向，根據搜尋數據驅動無人船搜尋海面溢油源頭；

在步驟1)中，所述傳感器包括360°隨機擺動的搜索搖桿，所述傳感數據包括油膜濃度和流場速度；所述溢油模型參數包括溢油濃度的梯度和散度；

a.擴散-對流模塊通過如下溢油羽鋒處理模型處理：

其中，為溢油濃度，和為溢油濃度的梯度和散度；k和v分別表示擴散系數和流場速度矢量，為待測的參數向量；

b.無人船運動處理器通過如下無人船質心運動學處理模型處理：

其中，x_r＝[x_r1，x_r2]^T表示無人船質心位置，φ為其偏航角，η＝[η₁，η₂]^T為無人船輸入的運動學控制率；

無人船狀態觀測器處理的狀態方程和觀測方程依次為：

其中，G表示沿著溢油羽鋒的法線方向的投影矩陣；

利用隨機搜索策略模塊通過如下處理方法與狀態觀測器聯合獲得無人船運動學控制率，

其中，u＝η，w為滿足平均律的隨機搜索項。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，狀態觀測器通過如下處理方法獲得隨機搜索項w，

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟3)中，前驅動動力處理器通過如下處理方法將無人船運動學控制率作反饋線性化處理，獲得無人船動力學控制率，

其中，τ′表示無人船推動力，Z表示無人船上除質心外參考點位置，表示參考點運動方程，參數E和F跟無人船質心與參考點的距離l和偏航角φ相關；

前驅動動力處理器通過如下相關關系對參數E和F進行處理：

并且，將計算所得到的運動無人船推動力τ′、無人船質心與參考點距離l和偏航角φ施加到無人船控制機構后驅動無人船自主搜索溢油源頭。

4.一種采用如權利要求1-3中任一項所述海面溢油隨機溯源跟蹤控制方法的海面溢油隨機溯源跟蹤控制系統。