[發(fā)明專利]一種不確定性估計和飽和補償?shù)膭恿Χㄎ籘-S模糊抗飽和控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010396064.3
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111538242B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設計）人: 王元慧;張瀟月;張曉云;王成龍;蔣希赟;王曉樂;李子宜;佘文超
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 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

本發(fā)明涉及船舶動力定位控制領(lǐng)域，具體涉及的是一種不確定性估計和飽和補償?shù)膭恿Χㄎ籘?S模糊抗飽和控制方法。本發(fā)明將動力定位船的三自由度非線性模型轉(zhuǎn)換成在不同狀態(tài)空間下的幾個線性子系統(tǒng)，建立T?S模糊模型。同時考慮由外界環(huán)境及系統(tǒng)模型內(nèi)部參數(shù)不確定性所產(chǎn)生的干擾，設計干擾觀測器估計干擾項。在動力定位船的T?S模糊模型和干擾估計的基礎上，設計T?S模糊控制器，并考慮推進系統(tǒng)的飽和特性，提出了飽和補償系統(tǒng)，最終實現(xiàn)船的動力定位T?S模糊抗飽和控制。本發(fā)明將復雜的動力定位船的非線性模型線性化，轉(zhuǎn)化成由幾個線性子系統(tǒng)組成的T?S模糊模型，為控制器的設計提供了便利條件，可以選擇更多樣的線性控制方法，簡化了計算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶動力定位控制領(lǐng)域，具體涉及的是一種不確定性估計和飽和補償?shù)膭恿Χㄎ籘-S模糊抗飽和控制方法。

背景技術(shù)

動力定位技術(shù)是指利用船舶自身的推進力，抵消由外部環(huán)境(如風、浪、流)產(chǎn)生的干擾，使船舶保持在指定的區(qū)域或者沿著預設航跡行駛的自動控制技術(shù)。動力定位技術(shù)為深海作業(yè)平臺裝置及船舶提供了技術(shù)支持，因此，對動力定位技術(shù)的研究具有重要意義。

為實現(xiàn)船舶的動力定位，抵消外界環(huán)境干擾所需的力與力矩是由船舶本身的推進器系統(tǒng)所產(chǎn)生的。但是由于推進器本身的物理特性，其產(chǎn)生的力與力矩是有一定限制的，當所需的推進力超出這個范圍，就會造成推進器系統(tǒng)的輸入飽和，降低閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能，甚至導致整個閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。本發(fā)明采用T-S模糊控制方法構(gòu)造動力定位控制器，并考慮推進器系統(tǒng)輸入飽和特性，設計抗飽和動力定位系統(tǒng)控制器。目前，國內(nèi)外文獻未見將此方法應用到動力定位中的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種不確定性估計和飽和補償?shù)膭恿Χㄎ籘-S模糊抗飽和控制方法，它解決了推進器系統(tǒng)輸入飽和狀態(tài)下的船舶動力定位控制問題。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種不確定性估計和飽和補償?shù)膭恿Χㄎ籘-S模糊抗飽和控制方法，將動力定位船的三自由度非線性模型轉(zhuǎn)換成在不同狀態(tài)空間下的幾個線性子系統(tǒng)，建立T-S模糊模型。同時考慮由外界環(huán)境及系統(tǒng)模型內(nèi)部參數(shù)不確定性所產(chǎn)生的干擾，設計干擾觀測器估計干擾項。在動力定位船的T-S模糊模型和干擾估計的基礎上，設計T-S模糊控制器，并考慮推進系統(tǒng)的飽和特性，提出了飽和補償系統(tǒng)，最終實現(xiàn)船的動力定位T-S模糊抗飽和控制。

步驟1.建立動力定位船的三自由度動力學模型和運動學模型。

步驟2.根據(jù)動力定位船的三自由度數(shù)學模型，建立動力定位系統(tǒng)的T-S模糊模型。

步驟3.設計干擾觀測器，估計由外界環(huán)境干擾及系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)不確定性構(gòu)成的未知時變干擾。

步驟4.設計動力定位T-S模糊控制器，并考慮推進系統(tǒng)的輸入飽和，進一步設計抗飽和動力定位控制器。

步驟2所建立的動力定位系統(tǒng)的T-S模糊模型是將復雜的非線性模型轉(zhuǎn)化為不同狀態(tài)空間下的線性子系統(tǒng)的疊加，方便了后續(xù)控制器設計。并且該模型選取了位置艏向誤差及速度為狀態(tài)量，可以保證系統(tǒng)最終狀態(tài)穩(wěn)定在任意位置及艏向，而不是只能收斂于原點，這有利于現(xiàn)實中的應用。

動力定位的T-S模糊模型設計為：

式中：X＝[e^T υ^T]^T，e＝η-η_d為位置及艏向誤差，N_ij(X_j)是第j個狀態(tài)變量對第j條規(guī)則的第j個隸屬度函數(shù)，μ_i是第i條模糊規(guī)則的權(quán)重，d(t)＝w(t)-ΔC(υ)υ-ΔD(υ)υ是由外界環(huán)境干擾w(t)與系統(tǒng)模型內(nèi)部參數(shù)不確定性干擾ΔC(υ)和ΔD(υ)所構(gòu)成的干擾項。

設計干擾觀測器估計由外界環(huán)境干擾及系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)不確定性構(gòu)成的未知時變干擾。