[發明專利]一種速度受限的靜水下動力定位船軌跡跟蹤預設性能控制方法

有效

• 申請號: 202010568486.4
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111650943B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 李鳴陽;謝文博;凌修偉;張沖;景世龍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 于歌

1.一種速度受限的靜水下動力定位船軌跡跟蹤預設性能控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立動力定位船的動力學模型、運動學模型和軌跡跟蹤誤差系統模型；

步驟二：構造軌跡跟蹤誤差系統的性能函數和軌跡跟蹤誤差的性能邊界；

步驟三：利用性能函數對軌跡跟蹤誤差進行轉換；

步驟四：定義系統中間誤差變量，獲得中間誤差變量的約束條件；

步驟五：根據軌跡跟蹤誤差轉換結果的約束條件和中間誤差變量的約束條件設計速度受限的預設性能軌跡跟蹤控制器，利用該控制器實現對靜水下動力定位船軌跡跟蹤預設性能的控制；

所述預設性能軌跡跟蹤控制器為：

上述公式中參數定義如下：

τ為動力定位船控制輸入向量，θ＞0為預設參數，

M^*(η)＝MR^T(ψ)，M為動力定位船的慣性矩陣，

C(υ)為動力定位船的科里奧利向心力矩陣，

D(υ)為動力定位船的阻尼系數矩陣，

η＝[n,e,ψ]^T，n為北向位置，e為東向位置，ψ為動力定位船的艏向角，η_d為期望軌跡，η_e＝[η_e1,η_e2,η_e3]^T為軌跡跟蹤誤差，

ε_e為軌跡跟蹤誤差η_e的轉換結果，k_s為控制增益，ρ_i(t)為性能函數，

δ_s＝diag[δ_s1,δ_s2,δ_s3]，

Δ_e＝diag[Δ_e1,Δ_e2,Δ_e3]，

β＝diag[β₁,β₂,β₃]，β中第i個元素χ為常數、取值為0.01～0.5，

B＝(M^*)^-TΔ_ss，s＝[s₁,s₂,s₃]^T為中間誤差變量，Δ_s＝diag[Δ_s1,Δ_s2,Δ_s3]，s_imax和s_imin分別為中間誤差變量s中第i個元素s_i的上、下邊界；

步驟二中，選取一組連續光滑的指數衰減函數ρ_i(t)作為軌跡跟蹤誤差η_e中第i個元素η_ei的性能函數，

其中，ρ_i0＞0為性能函數的初始值，ρ_i∞＞0為性能函數的穩態值，l_i＞0為性能函數的收斂速度，t為仿真時間；

軌跡跟蹤誤差η_e中第i個元素η_ei的性能邊界為：

-σ_iρ_i(t)＜η_ei＜σ_iρ_i(t)

其中，σ_i為η_ei的邊界系數，且0＜σ_i≤1；

步驟三中，根據下式對軌跡跟蹤誤差η_e中第i個元素η_ei進行轉換：

其中，ε_ei為η_ei的轉換結果，ρ_i(t)為η_ei的性能函數；

定義中間誤差變量s為：

中間誤差變量s中第i個元素s_i的約束條件為：

-s_imin＜s_i＜s_imax

其中，V_imax和V_imin分別為瞬態速率偏差的上、下邊界。