[發明專利]一種智能船舶自動舵系統的模糊自適應輸出反饋容錯控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010109099.4
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111273549B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 李鐵山;朱麗燕;單麒赫;陳俊龍;肖楊;左毅;武越
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

1.一種智能船舶自動舵系統的模糊自適應輸出反饋容錯控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、將采集到的航向信息傳送給船載計算機，船載計算機考慮船舶穩態回轉非線性特性和自動舵系統中舵角輸入有界特性，建立有關航向角和控制舵角的智能船舶自動舵系統數學模型，所述航向信息包括根據船舶舵機測量的舵角數據和羅經測量的當前航向角數據，其中航向角的變化率信息為不可測得；

S2、根據自動舵特性模型設計舵機執行器故障系統模型，基于執行器卡死和失效故障，設計智能船舶自動舵系統的控制器故障模型，基于此將輸入向量改寫為考慮執行器故障的輸入向量；

S3、利用模糊邏輯系統的通用逼近原理，對自動舵系統中的未知非線性函數進行逼近，并設計用于估計自動舵系統不可測狀態的模糊狀態觀測器；通過模糊狀態觀測器與自動舵系統之間的關系得到觀測誤差動態；

S4、通過萬能逼近原理求解所述模糊狀態觀測器和考慮舵角受限的自動舵系統數學模型以及觀測誤差動態、中間控制函數、自適應模糊更新率，得到自動舵系統的有界實際控制舵角，此有界舵角指令傳遞給船舶舵機輸出船舶航向角，實現船舶航向的自動舵系統航向軌跡跟蹤容錯控制；

所述S1中，建立智能船舶自動舵系統數學模型為：

式(1)中，為航向角，δ為舵角；K是船舶回轉性指數，T為船舶跟從性指數，為未知的非線性函數，定義狀態變量u＝Kδ/T，將式(1)變化，得到船舶航向非線性系統數學模型：

式(2)中，x_i,i＝1,2為系統的狀態，u為系統的輸入，y為系統的輸出，f(x₂)為未知的不確定函數，滿足李普希茨條件，存在一個已知常數l，使得為x₂的估計值，p＝K/T為控制增益；

S2中，考慮執行器故障分別為執行器卡死和執行器失效故障設計的控制器故障模型包括：

卡死模型：

失效模型：

u_i(t)＝ρ_iu_i(t)，t≥t_i，i∈{j₁，j₂，...，j_p}∩{1，2，...，m}ρ_i∈[ρ_i，1]，0＜ρ_i≤1 (4)

其中，未知常數，表示第j個執行器發生卡死故障，t_j和t_i分別表示第j個執行器發生卡死故障和第i個執行器發生失效故障，ρ_i是執行器在失效后仍然有效的比例，ρ_i是ρi的下界，當ρ_i等于1時，則相應的執行器是正常的，考慮執行器故障公式(3)和(4)，輸入向量u(t)可以改寫為：

其中，故障分解模型v(t)＝[v₁(t)，v₂(t)，…，v_m(t)]^T，且