[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

本發明提供一種具有時效性與穩定性的補給船同步控制算法，包括終端代價函數模塊，補給船模型預測控制模塊，神經動態優化模塊。所述終端代價函數模塊利用終端代價函數，保證了補給船控制系統的閉環穩定性；所述模型預測控制模塊將補給船的同步控制問題轉化為一個跟隨領航者的跟蹤控制問題，并基于模型預測控制(Model Predictive Control,MPC)算法設計補給船控制算法，提高補給船在執行補給任務時的抗干擾能力，保證進行補給任務時兩船速度能夠同步，提高補給效率；所述神經動態優化模塊利用遞歸神經網絡具有的并行計算架構解決了傳統的模型預測控制算法中計算量大、計算速度慢的問題，可以使補給船能夠更好地應對補給時的突發情況。

技術領域

本發明涉及自動控制技術領域，具體而言，尤其涉及一種具有時效性與穩定性的補給船同步控制算法。

背景技術

中國專利CN 201610859143.7公布了一種基于事件驅動的廣義預測自適應補給船航向控制方法，該發明提供一種基于事件驅動的廣義預測自適應補給船航向控制方法，第一，選用工作在離散狀態下的離散事件觸發器，設計變閾值下的觸發判定函數，在到達觸發時刻時，事件觸發器通過觸發判定函數判斷當前狀態是否滿足觸發條件；第二，通過補給船低頻運動數學模型得出舵角-航向的受控自回歸積分滑動平均模型作為預測模型，采用遺忘因子遞推最小二乘法對預測模型的參數進行在線估計；第三，結合事件驅動觸發器將需要控制的狀態發送給控制器，控制器通過GPC自適應算法解算后輸出舵角控制增量和控制量，實現補給船快速完成靠近階段和并行階段并保持補給階段的航向跟蹤。該發明主要針對補給船的航向控制問題做了研究，但是在補給船進行航行補給的過程中，僅保證補給階段的航向跟蹤效果是不夠的，應考慮到補給船與被補給船的速度同步問題和兩船之間的位置關系，并增加算法的時效性和穩定性，從而使得補給船高效安全的完成補給任務。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種具有時效性與穩定性的補給船同步控制算法。本發明主要利用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：終端代價函數模塊，補給船模型預測控制模塊，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，X_(·),Y_(·),N_(·)為水動力學參數。

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：

z₁＝xcosψ+ysinψ

z₂＝-xsinψ+ycosψ (4)

z₃＝ψ

將位移的偏移量(x_o,y_o)與上式(4)結合，可將式(4)轉換為：