[發明專利]一種用于不確定系統的船舶路徑跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 201910359982.6
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110134012A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 陸瀟楊;劉志全
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/02
• 代理公司: 上海互順專利代理事務所(普通合伙) 31332
• 代理人: 成秋麗

1.一種用于不確定系統的船舶路徑跟蹤控制方法，其特征在于：

步驟1、建立3自由度欠驅動船舶數學模型；

船舶數學模型描述如下：

其中代表整個船舶模型的不確定性部分，如下：

Δτ(η,v)＝d-ΔC(v)v+ΔD(v)v+Δg(η)-f(η,v) (2)

其中狀態向量定義為η＝[x y ψ]^T，分別表示船舶在地面固定參考系OX_oY_o中的位置和航向角，狀態向量分別代表在船體參考系BXY中縱搖、橫搖和艏搖方向上相應的速度，由于不在同一坐標系內，下式表示兩坐標系之間的關系：

其中坐標旋轉變換陣為

表示船舶的包含附加質量的系統慣性矩陣，分別表示科里奧利向心力矩陣的已知可建模部分和未知不確定部分、分別表示水動力阻尼矩陣的已知可建模部分和未知不確定部分，分別表示重力/浮力引起的力、力矩矢量的已知可建模部分和未知不確定部分，表示由于未建模的動力學和傳感器導致的模型不確定性部分，是系統控制輸入，代表未知時變的包括風、海、流在內的外部環境干擾；

步驟2、下達期望路徑指令，即設定η_d＝[x_d y_d ψ_d]^T；

步驟3、根據當前船舶在船體參考系BXY中縱搖、橫搖方向速度值u、v，計算漂角值β，并對步驟2中設定的航向角參考值ψ_d進行修正；

對原定期望航向角進行補償修正：

ψ_da＝ψ_d-β (6)

所以期望航跡值更新為

η_da＝[x_d y_d ψ_da]^T (7)

步驟4、自適應律對船舶模型中擾動、不確定部分Δτ(η,v)進行分析處理；

引入輔助新變量z₁、z₂、z₃進行重新定義，

虛擬鎮定函數分別為

α₁＝-k₁z₁ (9)

α₂＝-R^T(η)(z₁+k₁(η-η_da)+k₂z₂) (10)

其中設計參數k₁、k₂為正常數；

針對模型中不確定部分設計自適應律如下：

其中分別為假設存在的未知正常數，θ＝[θ₁ θ₂ θ₃]^T、V＝[1 ||v|| ||v||²]^T，是θ的估計值，設計參數為正常數；

步驟5、根據船舶航跡期望設定修正值η_da及實時運動狀態值η、v，反步控制器結合自適應律計算出路徑跟蹤控制系統的控制輸入τ；

控制輸入設計為：

其中設計參數為正常數，為很小的正標量；

步驟6、船舶系統接收并執行路徑跟蹤輸入指令τ，計算得出當前航跡狀態值η、v，并轉到步驟3。