[發明專利]一種雙泵噴水推進無人艇推力動態分配方法

在審

• 申請號: 202010769907.X
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN112083651A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 徐梓京;袁景淇
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;B63H11/04;B63B35/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 劉翠

1.一種雙泵噴水推進無人艇推力動態分配方法，其特征在于，包括：

根據選定的雙泵噴水推進無人艇矢量控制任務，設計軌跡跟蹤控制律得到航行任務指令信號；

設計滑模矢量控制器，根據航行任務指令信號獲得對應于選定矢量控制任務的合力矩和合推力設定值；

設計推力動態分配目標函數，并根據雙泵噴水推進無人艇各操縱變量物理約束對待尋優變量的約束范圍進行限定；

采用優化算法求解推力動態分布的優化問題，獲得兩臺噴水推進器的指令信號。

2.根據權利要求1所述的雙泵噴水推進無人艇推力動態分配方法，其特征在于，所述雙泵噴水推進無人艇矢量控制任務包括橫移或斜移，所述航行任務指令信號包括當前時刻的縱向速度、橫向速度及艏搖角速度的設定值；其中，所述艏搖角速度的設定值為0。

3.根據權利要求2所述的雙泵噴水推進無人艇推力動態分配方法，其特征在于，所述根據選定的雙泵噴水推進無人艇矢量控制任務，設計軌跡跟蹤控制律得到航行任務指令信號，包括：

基于噴水推進無人艇水平面三自由度航行任務，設橫移或斜移任務航行期望重心軌跡為(x_d,y_d)，無人艇實際重心軌跡為(x,y)，則軌跡跟蹤誤差(x_e,y_e)定義為：

x_e＝x-x_d,y_e＝y-y_d (1)

基于無人艇軌跡跟蹤誤差設計虛擬軌跡跟蹤控制律，即橫向速度設定值u_d和縱向速度設定值v_d：

式(2)中，ψ表示艏搖角，k和C是軌跡跟蹤虛擬控制率待定參數，k0，C0，由于：

代入式(2)可得：

式(4)中，u表示無人艇縱向速度，v表示無人艇橫向速度；

當無人艇實際速度能夠跟蹤上速度設定值時，有u-u_d＝0及v-v_d＝0時，式(4)化簡為：

選取Lyapunov函數V：

求取一階導數為：

公式(7)中，當t趨于無窮大時，軌跡跟蹤誤差x_e(t)和y_e(t)趨于0，由此可知所設計的期望速度跟蹤回路能夠可完成位置跟蹤任務；其中，參數k越大，跟蹤速度越快；參數C越大，糾正軌跡跟蹤誤差能力越強。

4.根據權利要求1所述的雙泵噴水推進無人艇推力動態分配方法，其特征在于，所述對應于選定矢量控制任務的合力矩和合推力設定值包括：完成既定矢量控制任務所需的縱向推力X、橫向推力Y和艏搖力矩N。

5.根據權利要求4所述的雙泵噴水推進無人艇推力動態分配方法，其特征在于，所述滑模矢量控制器對航行任務指令信號進行跟蹤，滑模趨近率采用飽和函數。

6.根據權利要求1所述的雙泵噴水推進無人艇推力動態分配方法，其特征在于，所述推力動態分配目標函數兼顧雙泵噴水推進無人艇穩定性、動態響應特性和穩態跟蹤精度要求；所述雙泵噴水推進無人艇各操縱變量物理約束包括：正航、倒航時噴水推進器產生的最大推力及最快推力變化速率以及操舵、倒航機構最大轉動角度及最快轉動角度變化速率；所述待尋優變量是指動態更新的主機轉速設定值、操舵角和倒航角設定值。