[發(fā)明專利]一種氣墊船航跡保持舵槳協(xié)同控制與分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910613554.1
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110398961B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王元慧;馬慶嚴;王成龍;徐玉杰;劉建旭;佟海艷;王曉樂;劉沖
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 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

1.一種氣墊船航跡保持舵槳協(xié)同控制與分配方法，其特征在于：包含如下步驟：

步驟(1)：從氣墊船上的GPS和電羅經(jīng)獲得氣墊船當前的位置和當前的艏向角，再將當前的位置、當前的艏向角和預(yù)設(shè)的位置、預(yù)設(shè)的艏向角作差值，計算出氣墊船的位置偏差和艏向角偏差；

步驟(2)：采用PID控制器，將位置偏差信號傳遞給航跡控制器，將艏向角偏差信號傳遞給航向控制器，再通過位置和艏向角使氣墊船航行在預(yù)設(shè)航跡上；

步驟(3)：對遺傳算法中的選擇算子和交叉規(guī)則進行改進，使用改進后的遺傳算法對航跡控制器和航向控制器進行參數(shù)尋優(yōu)；

對遺傳算法中的選擇算子進行改進具體為：

設(shè)計第j代第i個個體被選擇概率P(i)為：

上式中，代表第j代中的最大適應(yīng)度，代表第j代中的最小適應(yīng)度，代表第j代中的任一個體，i、j均為整數(shù)；

步驟(4)：添加故障補償環(huán)節(jié)對串接鏈控制分配模塊進行改進，將進行參數(shù)尋優(yōu)后的航跡控制器和航向控制器的輸出指令傳遞到改進后的串接鏈控制分配模塊進行舵槳推力分配；輸入信號按照空氣舵空氣螺旋槳側(cè)風門的順序來優(yōu)先分配力和力矩，當上一級到達飽和時再對下一級進行分配；分配后的力和力矩信號控制舵機使氣墊船航行在預(yù)設(shè)航跡上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣墊船航跡保持舵槳協(xié)同控制與分配方法，其特征在于：所述的對遺傳算法中的交叉規(guī)則進行改進，包含如下步驟：

第一步：根據(jù)第j代第i個個體被選擇概率P(i)獲得進行交叉操作的父代；

第二步：對于第j代子代的上兩代即第j-1代和第j-2代，將第j-1代和第j-2代的適值函數(shù)取倒數(shù)作為目標函數(shù)，分別求得第j-1代最小適應(yīng)度和第j-2代最小適應(yīng)度并將上兩代都存在的性狀直接保留到第j代；

第三步：參考譯碼器思想，當和對應(yīng)位置的編碼相同時，記為1；當和對應(yīng)位置的編碼不同時，記為0，得到一組與編碼長度相同的二進制碼；將獲得的與編碼長度相同的二進制碼作為第j代的生成依據(jù)：即1對應(yīng)的位保持不變；0對應(yīng)的位進行兩條染色體對應(yīng)交叉，交叉規(guī)則為：

上式中，p和q為第j代正在進行交叉的父代，F(xiàn)_q和F_p是第j代正在進行交叉的父代的適應(yīng)度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氣墊船航跡保持舵槳協(xié)同控制與分配方法，其特征在于：所述的添加故障補償環(huán)節(jié)對串接鏈控制分配模塊進行改進具體為：

根據(jù)控制律得出故障補償串接鏈分配方法表達式：

進一步得到：

上式中，M₁為空氣舵的系數(shù)矩陣，M₂為空氣螺旋槳的系數(shù)矩陣，M₃為側(cè)風門的系數(shù)矩陣；δ₁為空氣舵偏轉(zhuǎn)角，δ₂為空氣螺旋槳螺距角，δ₃為側(cè)風門開關(guān)量；u＝[δ₁,δ₂,δ₃]為串接鏈輸入矩陣，sat_i為飽和函數(shù)，Γ＝diag(τ₁,τ₂,τ₃)為補償矩陣，Ω＝diag(α₁,α₂,α₃)為串接鏈傳遞補償效率矩陣，為輸入檢測列向量，I為單模矩陣；y_i為各層操縱面的輸出，i＝1,2,3；

對于飽和函數(shù)sat_i，設(shè)定空氣舵最大舵角偏轉(zhuǎn)為δ_1max，任意時刻的空氣舵舵角偏轉(zhuǎn)值為δ_1i；將δ_1i與δ_1max進行比較，當δ_1i＜δ_1max時，空氣螺旋槳沒有輸入，y₂＝0；當δ_1i＞δ_1max時，空氣舵和空氣螺旋槳同時工作，即；

設(shè)定空氣螺旋槳最大螺距角為δ_2max，任意時刻的空氣螺旋槳螺距角取值為δ_2i；將δ_2i與δ_2max進行比較，當δ_2i＜δ_2max時，側(cè)風門沒有輸入，y₃＝0；當δ_2i≥δ_2max時，空氣舵，空氣螺旋槳和側(cè)風門同時工作，即：