[發明專利]一種基于因式分解非線性廣義最小方差的舵減搖控制方法

在審

• 申請號: 201910051704.4
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109782598A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 劉志全;陸瀟楊;高迪駒
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 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

1.一種基于因式分解非線性廣義最小方差的舵減搖控制方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)建立舵減搖系統多項式模型，包括，橫搖線性模型G_φ，艏搖線性模型G_ψ，舵-橫搖非最小相位環節線性模型G_δφ,舵機非線性模型G_δ，輸入參考信號線性模型G_r和海浪擾動線性模型G_d；

(2)根據PID控制規律設計比例微分航向控制器C_ψ并得到航向控制閉環的多項式模型G_φδ，整個控制系統退化為一個單閉環橫搖減搖控制系統；

(3)將步驟(1)和步驟(2)中的系統合并被控對象連續模型分成線性和非線性兩部分，并將線性擾動模型、線性輸入參考信號模型和合并線性被控對象模型組合為左互質的離散多項式矩陣模型；

(4)求步驟(3)中輸入信號和擾動信號的合并功率譜，并設計橫搖減搖控制系統的最優化目標函數；

(5)采集橫搖角信號并獲取橫搖誤差信號e(t)；

(6)根據因式分解非線性廣義最小方差方法設計橫搖減搖控制規律，計算橫搖減搖舵角控制指令信號u(t)，通過控制操舵最終實現舵減搖控制；

(7)判斷控制效果是否滿意，如果“是”則結束控制，如果“否”則更新狀態返回步驟(5)重新計算舵減搖控制指令信號。

2.根據權利要求1所述的一種基于因式分解非線性廣義最小方差的舵減搖控制方法，其特征在于：步驟(2)中的航向控制閉環的多項式模型采用如下公式計算：

3.根據權利要求1所述的一種基于因式分解非線性廣義最小方差的舵減搖控制方法，其特征在于：步驟(3)中的合并被控對象模型和左互質的離散多項式矩陣模型由如下公式表示：

(W u)(t)＝z^-kW_0k(W_1ku)(t)

[W_d,W_r,W_0k]＝A^-1[C_d,E_r,B_0k]

其中：W為合并后的被控對象模型，W_0k為對象模型中的線性部分，W_1k為對象模型中的非線性部分(舵機非線性模型)，z^-k為延時因子。下標d表示擾動信號，下標r表示輸入參考信號。

4.根據權利要求1所述的一種基于因式分解非線性廣義最小方差的舵減搖控制方法，其特征在于：步驟(4)中的合并信號f＝r-d＝Y_fε的功率譜和最優化目標函數φ₀(t)由如下公式計算獲取：

φ₀(t)＝U_c(P_ce(t)+F_c0u₀(t))+(F_cu)(t)

其中：Φ_ff為合并信號的功率譜，Φ_rr為輸入參考信號的功率譜，Φ_dd為擾動信號的功率譜，為因式分解權重，為誤差權重，為輸入權重且滿足延時形式(F_c0u₀)(t)＝z^-k(F_c0ku₀)(t)，F_c(z^-1)為控制權重且滿足延時形式(F_cu)(t)＝z^-k(F_cku)(t)。ε為白噪聲信號，Y_f＝A^-1D_f為合并信號的成形濾波器多項式模型，且有右互質多項式方程和成立。e(t)為橫搖誤差信號，u₀(t)為虛擬控制信號，u(t)為舵角控制信號。

5.根據權利要求1所述的一種基于因式分解非線性廣義最小方差的舵減搖控制方法，其特征在于：步驟(6)中的橫搖減搖舵角控制指令信號由如下公式計算獲取：

其中：多項式G₀，D_fa，H₀和D_fb分別由兩個丟番圖方程F₀A_0d+L₂₀z^-kG₀＝L_20sP_nD_fa和F₀B_0d-L₂₀z^-kH₀＝L_20sF_nD_fb計算獲得。