[發(fā)明專利]一種推進(jìn)器故障時(shí)水面船軌跡跟蹤的二階預(yù)設(shè)性能容錯控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010567359.2
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111650837B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鳴陽;謝文博;趙雪春;凌修偉;蔣金波
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 于歌

一種推進(jìn)器故障時(shí)水面船軌跡跟蹤的二階預(yù)設(shè)性能容錯控制方法，涉及船舶運(yùn)動控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決水面船在執(zhí)行軌跡跟蹤作業(yè)任務(wù)時(shí)，容易受到較強(qiáng)的瞬態(tài)性能約束且存在推進(jìn)器故障的問題。本發(fā)明建立水面船的運(yùn)動學(xué)模型、動力學(xué)模型、推進(jìn)器故障模型和軌跡跟蹤誤差系統(tǒng)模型；構(gòu)造軌跡跟蹤誤差的性能函數(shù)和性能邊界；定義軌跡跟蹤誤差系統(tǒng)的中間誤差變量，構(gòu)造中間誤差變量的性能函數(shù)和性能邊界；基于軌跡跟蹤誤差系統(tǒng)模型以及兩個性能函數(shù)進(jìn)行誤差轉(zhuǎn)換，獲得軌跡跟蹤誤差的軌跡階轉(zhuǎn)換誤差和中間誤差變量的速度階轉(zhuǎn)換誤差；利用轉(zhuǎn)換誤差設(shè)計(jì)二階預(yù)設(shè)性能軌跡跟蹤容錯控制器，利用該控制器在推進(jìn)器故障時(shí)對水面船實(shí)現(xiàn)二階預(yù)設(shè)性能容錯控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于船舶運(yùn)動控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著國家戰(zhàn)略利益和戰(zhàn)略空間不斷向海洋拓展和延伸，以及“加快建設(shè)海洋強(qiáng)國”、《中國制造2025》和“21世紀(jì)海上絲綢之路”等一系列重大戰(zhàn)略的部署和實(shí)施，海洋事業(yè)的發(fā)展逐漸成為國家發(fā)展的重要組成部分，合理開發(fā)和利用，切實(shí)保護(hù)和管理海洋已經(jīng)成為國家生存、發(fā)展和強(qiáng)盛的重大戰(zhàn)略問題。在此背景下，水面船軌跡跟蹤控制問題受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。

長期以來，水面船軌跡跟蹤系統(tǒng)的研究主要是針對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的研究，證明系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)的跟蹤誤差能夠收斂于一個有界集，或者漸近收斂到原點(diǎn)。然而，控制系統(tǒng)的性能通常由瞬態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能兩部分共同組成，且瞬態(tài)性能在提升船舶控制性能方面同樣發(fā)揮著非常重要的作用。如：當(dāng)船舶作業(yè)于港口或平臺附近時(shí)，以及船舶完成編隊(duì)作業(yè)或獵掃雷作業(yè)時(shí)，過大的瞬態(tài)超調(diào)量在降低船舶作業(yè)效率的同時(shí)還可能導(dǎo)致船舶與平臺或其它船舶發(fā)生碰撞，影響船舶作業(yè)的安全性。此外，當(dāng)船舶進(jìn)行鋪管或鋪纜等作業(yè)任務(wù)時(shí)，除軌跡階瞬態(tài)誤差會影響船舶作業(yè)安全性外，速度階瞬態(tài)誤差過大同樣會對船舶作業(yè)產(chǎn)生影響，造成管道或纜繩斷裂等不良后果。而船舶推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)生故障往往是造成系統(tǒng)軌跡階誤差或速度階誤差過大的關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決水面船在執(zhí)行軌跡跟蹤作業(yè)任務(wù)時(shí)，容易受到較強(qiáng)的瞬態(tài)性能約束且存在推進(jìn)器故障的問題，現(xiàn)提供一種推進(jìn)器故障時(shí)水面船軌跡跟蹤的二階預(yù)設(shè)性能容錯控制方法。

一種推進(jìn)器故障時(shí)水面船軌跡跟蹤的二階預(yù)設(shè)性能容錯控制方法，包括以下步驟：

步驟一：建立水面船的運(yùn)動學(xué)模型、動力學(xué)模型、推進(jìn)器故障模型和軌跡跟蹤誤差系統(tǒng)模型；

步驟二：構(gòu)造軌跡跟蹤誤差的性能函數(shù)和性能邊界；

步驟三：定義軌跡跟蹤誤差系統(tǒng)的中間誤差變量，構(gòu)造中間誤差變量的性能函數(shù)和性能邊界；

步驟四：基于軌跡跟蹤誤差系統(tǒng)模型以及步驟二和步驟三獲得的性能函數(shù)分別對軌跡跟蹤誤差和中間誤差變量進(jìn)行誤差轉(zhuǎn)換，分別獲得軌跡跟蹤誤差的軌跡階轉(zhuǎn)換誤差和中間誤差變量的速度階轉(zhuǎn)換誤差；

步驟五：利用軌跡階轉(zhuǎn)換誤差和速度階轉(zhuǎn)換誤差設(shè)計(jì)二階預(yù)設(shè)性能軌跡跟蹤容錯控制器，利用該控制器在推進(jìn)器故障時(shí)對水面船實(shí)現(xiàn)二階預(yù)設(shè)性能容錯控制；

所述二階預(yù)設(shè)性能軌跡跟蹤容錯控制器為：

其中，