[發明專利]一種具有時效性與穩定性的補給船同步控制算法

有效

• 申請號: 202010530817.5
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111665719B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 劉程;胡啟智;王代毅;劉勇;李誠;孫婷;沙燁峰
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種具有時效性與穩定性的補給船同步控制算法，其特征在于：包括終端狀態矩陣模塊，模型預測控制模塊，神經動態優化模塊；

對于補給船的跟蹤控制問題，采用三自由度的船舶運動模型：

式中，η＝[x,y,ψ]^T，x表示船舶的橫向位移，y表示船舶的縱向位移，ψ表示艏搖角；υ＝[u,v,r]^T，u表示船舶的前進速度，v表示船舶的橫向速度，r表示船舶的艏搖角速率；J(ψ)表示旋轉矩陣，

補給船通常都運行在低速狀態下，因此，將船舶運動的動力學模型概述為：

式中，表示慣性矩陣，表示阻尼矩陣，表示科里奧利與中心向心力矩陣，τ_T＝[τ_u τ_v τ_r]^T表示控制力與力矩；其中X_(·),Y_(·),N_(·)均表示水動力學參數；

領導船作為跟隨船的參考，將領導船的數學模型定義為：

通過下式(4)對式(1)和式(3)進行坐標轉換，式(1)轉換為：

將位移的偏移量(x_o,y_o)與上式(4)結合，可將式(4)轉換為：

z_1r＝(x_r-x_o)cosψ_r+(y_r-y_o)sinψ_r

z_2r＝-(x_r-x_o)sinψ_r+(y_r-y_o)cosψ_r

z_3r＝ψ_r； (5)

將動力定位船舶進行補給的同步控制誤差系統定義為：

式(6)進行微分以及線性化處理得到：

式中，x_t＝y_t＝[z_1e z_2e z_3e u_e v_e r_e]^T，

其中，d₁₁＝-X_u,d₂₂＝-Y_v,d₃₃＝-N_r；

通過實際給定適當的采樣時間，將所述式(8)轉換為離散形式：

x(k+1)＝Ax(k)+Bτ(k)； (9)

式中，x,y∈R^6×1,A∈R^6×6,B∈R^6×3，k表示采樣時間點，A，B表示離散后的系統參數矩陣；

通過二次終端代價函數來保障控制系統的閉環穩定性，在終端代價函數模塊中，首先針對控制系統設計線性狀態反饋律：

τ＝Kx； (10)

式中，K表示控制增益的向量；終端代價函數的狀態矩陣P通過求解李雅普諾夫方程即式(11)獲取：

(A_k+κI)^TP+P(A_k+κI)＝-(Q_lq+K^TR_lqK)； (11)

式中，A_k＝A+BK，Q_lq和R_lq表示輸出和輸入的權重矩陣，κ通過式(12)進行選擇：

κ＜-λ_max(A_k)； (12)

A_k+κI的所有特征值的實部均為負值，式中，λ_max(A_k)表示A_k實部的最大特征值。