[發明專利]波浪滑翔器多體艏向融合的無模型自適應航向控制方法

在審

• 申請號: 201810508958.X
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108717263A
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 廖煜雷;王磊峰;潘愷文;張蔚欣;李曄;杜廷朋;姜文;賈琪
• 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

本發明提供一種波浪滑翔器多體艏向融合的無模型自適應航向控制方法，將波浪滑翔器航向控制系統的輸出定義為浮體航向角速度、潛體轉艏角速度、浮體航向角和潛體艏向角的函數，通過多體艏搖運動信息融合提高波浪滑翔器航向控制能力，同時滿足無模型自適應控制理論對受控系統“擬線性”假設條件的要求；計算波浪滑翔器航向控制系統的期望輸出與實際輸出的誤差，作為MFAC控制器的輸入，解算出控制系統期望輸入；期望輸入指令下達到操縱機構，進而控制波浪滑翔器的系統航向。本發明借助MFAC理論獨特的自適應性及在線數據驅動優點，融合波浪滑翔器浮體和潛體的艏搖運動信息，能夠有效控制波浪滑翔器的航向，并具有較強的自適應性。

技術領域

本發明涉及一種波浪滑翔器多體艏向融合的無模型自適應航向控制方法，屬于波浪滑翔器運動控制領域。

背景技術

波浪滑翔器是一種新型無人海洋探測平臺，利用“浮體-臍帶-潛體”剛柔混合多體結構將海洋波浪能直接地轉化為自身的前進動力，同時依靠上甲板搭載的太陽能電池板為各電氣負載供電，可以在廣闊的海洋上進行長期自主的航行，還可充當通信中繼與其他類型的探測平臺進行指令和數據交換，為海洋觀測技術提供了新思路，有著十分廣闊的發展前景。然而，波浪滑翔器的運動控制是一個難點。

波浪滑翔器結構獨特，動力學特性復雜，使用環境極其惡劣，對控制系統的自適應性提出了苛刻的要求。

姜權權等人提出的名為《艦船用重定義輸出式無模型自適應航向控制算法》的尚未公開的專利中，在無模型自適應控制理論(model free adaptive control，MFAC)中重定義系統輸出(船體艏向和角速度)，使得艦船的航向控制系統滿足MFAC理論對受控系統的“擬線性”假設條件，從而使得該重定義輸出式MFAC理論可以應用于艦船的航向控制中。該方法可用于單獨控制波浪滑翔器浮體(或潛體)的艏向/航向，但波浪滑翔器為柔性連接的雙體結構，浮體、潛體各自的運動并不能保持同步，與波浪滑翔器整體的運動也不一致，因此該方法無法直接應用于波浪滑翔器航向控制中。本發明將波浪滑翔器浮體與潛體的艏搖運動信息融合，應用于波浪滑翔器航向控制中，能夠有效提高波浪滑翔器的航向控制能力，并具有較強的自適應性。

中國專利《一種上下體艏向信息融合的波浪滑翔器航點跟蹤方法》(公開號：CN106990787 A)中，通過艏向融合計算潛體期望艏向，之后采用常規控制方法控制潛體期望艏向，進而控制波浪滑翔器系統的航向，艏向融合部分與潛體艏向控制部分為串聯結構，其中采用常規控制方法控制潛體期望艏向時，在不同環境下需采用不同的控制參數。而本發明在控制器內在結構上實現了浮體與潛體艏搖運動信息與MFAC理論的有機結合；利用控制算法的自適應調節機制，使得不同環境下無需人為調節控制參數，在環境自適應性方面具有顯著優勢。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種波浪滑翔器多體艏向融合的無模型自適應航向控制方法，用于波浪滑翔器航向控制，并可擴展到與波浪滑翔器結構類似的多體結構型海洋航行器的航向控制。

本發明的目的是這樣實現的：步驟如下：

步驟一：將波浪滑翔器航向控制系統的輸出y(k)定義為浮體航向角速度、潛體轉艏角速度、浮體航向角和潛體艏向角的函數：

y(k)＝f(r_F,r_G,ψ_F,ψ_G)

其中：r_F，r_G，ψ_F，ψ_G分別為浮體航向角速度、潛體轉艏角速度、浮體航向角和潛體艏向角，k為離散控制系統的運行時刻；