[發明專利]基于水翼運動姿態的PID控制方法

有效

• 申請號: 201910503634.1
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110083057B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 陳虹麗;高尚;李浩凱;王銘華;張振;王寧
• 申請（專利權）人: 三亞哈爾濱工程大學南海創新發展基地
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42;G05D1/08;G05B13/04;G05B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于水翼運動姿態的PID控制方法，其特征在于：步驟如下：

步驟一：進行參數初始化，包括水翼船縱向運動模型、Kalman濾波器；

步驟二：利用船上測量系統測得水翼船的縱向運動觀測值；

步驟三：得到控制器的控制量，控制量u包括四部分：第一部分u11是輸出達到期望加速度所必須提供的；第二部分u12是補償非線性項，由智能自適應估計器提供；第三部分u13是補償海浪擾動，由海浪擾動估計器提供；第四部分u14是PID控制器，比例系數k_p、積分時間常數k_I和微分時間常數k_D由動態補償器提供：

u＝u11-u12-u13+u14

其中：k_p＝-1-hc-hk₁-r，k_D＝-(c+h+k₁)，k_I＝-r(k₁+c)，h＞0,c＞0,k₁＞0,r＞0為設計常數；是期望輸出y_d的二階導數，d₁＝A^-1τ，τ＝[F_w3 M_w5]^T，為船體所受浮力，a_ij為附加質量系數，i＝3或5,j＝3或5；I_yy為船體相對于船體Y軸轉動慣量，F_w3為升沉運動所受到的海浪擾動力，M_w5為縱搖運動受到的海浪擾動力矩作用。

2.根據權利要求1所述的基于水翼運動姿態的PID控制方法，其特征在于：步驟二中的船上測量系統包括位移傳感器、陀螺儀、計程儀、船載經緯儀；縱向運動觀測值包括：垂蕩位移、縱搖角。

3.根據權利要求2所述的基于水翼運動姿態的PID控制方法，其特征在于：步驟三中的所述智能自適應估計器是指利用廣義動態模糊神經網絡GD-FNN，其輸入由Kalman濾波器得到，GD-FNN的輸出為

其中：x₁等于狀態向量x＝[z θ]^T，，z表示升沉位移，θ表示縱搖角，為x₁、x₂的估計值，F(x₁,x₂)＝-Bx₂-Cx₁+f(x₁)，m為船體質量，g為重力加速度，|x_g|、|x_b|分別為船體重心、浮力作用點到船體中心的距離。

4.根據權利要求3所述的基于水翼運動姿態的PID控制方法，其特征在于：所述的Kalman濾波器的輸入為輸出為為的估計，且有：

y＝x＝x₁

則

5.根據權利要求4所述的基于水翼運動姿態的PID控制方法，其特征在于：所述的海浪擾動估計器是指：海浪擾動估計器的輸入是白噪聲，海浪擾動估計器的輸出是海浪的擾動力F_w3和力矩M_w5譜的估計。