[發明專利]一種基于自抗擾技術的水產養殖明輪船航向控制方法

在審

• 申請號: 201810499658.X
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108733057A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 趙德安;后乾康;丁世宏
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于自抗擾技術的水產養殖明輪船航向控制方法。首先利用二階跟蹤微分器優化明輪船航向的過渡過程,跟蹤輸入信號和輸入信號的微分信號；再由觀測到的輸出信號和被控對象的輸入信號通過擴張狀態觀測器確定出明輪船航向系統的內部狀態信息；將跟蹤到的輸入信號和觀測到的輸出信號之間的誤差,以及跟蹤到的輸入信號的微分信號和觀測到的輸出信號的微分信號之間的誤差,通過非線性狀態誤差反饋控制律計算得到一個非線性狀態誤差反饋控制量；最后將得到的非線性狀態誤差反饋控制量以及擴張狀態觀測器擴張出來的擾動估計值得出最終控制量。明輪船航向自抗擾控制器使明輪船航向控制過程快速、平滑，實現高精度的明輪船航向保持控制。

技術領域

本發明涉及明輪船航向控制領域，特別設計一種基于自抗擾技術的水產養殖明輪船航向控制方法。

背景技術

我國是一個水產養殖大國，隨著經濟發展和人民生活水平的提高，豐富的水產品不僅大幅度改善了人民的生活，也使水產養殖業成為國民經濟的支柱產業之一。由于國內的水產養殖通常位于近?；蛘邇群铀?，水淺、水下植被較多、水情較為復雜，開發和設計具有低速機動性好、吃水淺的水面作業平臺是必然的選擇。在水產養殖行業，由于工作環境的限制，水面作業裝備通常處于低速運動狀態，無需高速運動。此時舵控方向的螺旋槳船舶不能有效控制其航向和航跡，螺旋槳容易被水生植物纏繞，攪斷各類植物，造成水體污染，影響水質。因此，用于均勻投餌作業的水產養殖明輪船具有重要的實用價值。水產養殖明輪船導航控制系統中，船體的航向控制是其中的關鍵環節，能否控制船體嚴格按照設定航向航行會直接地影響餌料投放的均勻度，一種精確的航向控制方法可以增強導航控制系統的實時性，提高水產養殖明輪船的工作效率。

目前已有一些明輪船航向控制方法,但都存在著一些不足,如申請號為201610095261.5的專利“一種水產養殖作業船自動導航路徑跟蹤方法”利用PD模塊對明輪船的航向進行控制，很難消除外部干擾對明輪船航向的影響。采用自抗擾技術的航向控制器可以精確地估計出外部擾動，從而達到高精度的航向控制。

發明內容

本發明主要為了解決已有水產養殖作業船轉向控制精度低的問題，目的在于提供一種參數適應性強，保證高精度控制的水產養殖明輪船航向控制方法。

本發明所述的一種基于自抗擾技術的水產養殖船航向控制方法，具有這樣的特征，包括以下步驟：

步驟一、二階跟蹤微分器優化水產養殖明輪船航向的過渡過程,跟蹤輸入信號和輸入信號的微分信號；

步驟二、由觀測到的輸出信號和被控對象的輸入信號通過擴張狀態觀測器確定出明輪船航向系統的內部狀態信息；

步驟三、將由跟蹤到的輸入信號和觀測到的輸出信號之間的誤差,以及跟蹤到的輸入信號的微分信號和觀測到的輸出信號的微分信號之間的誤差,通過非線性狀態誤差反饋控制律計算得到一個非線性狀態誤差反饋控制量；

步驟四、由得到的非線性狀態誤差反饋控制量以及擴張狀態觀測器擴張出來的擾動估計值得出最終控制量，即航向調整量；

步驟五、由得到的航向調整量通過明輪船航向控制系統生成左右明輪的轉向轉速。

自抗擾航向控制器模塊采用跟蹤微分器，其作用是可以使系統輸入光滑的輸入信號，并提取輸入信號的微分信號，避免因航向角設定值突變造成跟蹤到的輸入信號劇烈變化而產生超調。跟蹤微分器的離散算法為

fhan函數的算法公式為

式中fhan函數為最速控制綜合函數，d、d₀、y、a₀、a為fhan函數內部變量，v為明輪船給定航向，v₁對所述信號v進行快速無超調跟蹤，同時v₂跟蹤所述信號v的微分信號，r、h為跟蹤微分器需要設定的參數。