[發明專利]一種高速多體船的單步預測控制減搖方法

有效

• 申請號: 202010978084.1
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112068437B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 劉志林;鄭林熇;朱齊丹;曾薄文;張軍;余鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種高速多體船的單步預測控制減搖方法，包括如下步驟：建立多體船耦合的垂向運動模型；對耦合的垂向運動模型進行數學變換，獲得單輸入單輸出的解耦升沉與縱搖運動模型；設計有限時間觀測器，在線估計多體船升沉運動與縱搖運動的耦合項，獲得減搖補償量；設計單步預測控制律，求解出升沉運動與縱搖運動的減搖反饋控制量；將補償量與反饋控制量相加，通過減搖附體的控制分布矩陣逆運算，獲得T型翼與壓浪板控制攻角。本發明明顯降低了多體船在運動中的升沉與縱搖。實現了將帶有有限時間擴張觀測器的預測控制方法應用到高速多體船縱向減搖。適用于多干擾，高船速的海上航行環境，能夠有效降低海浪對多體船穩定性影響，提高多體船性能。

技術領域

本發明涉及一種單步預測控制減搖方法，尤其涉及一種高速多體船的單步預測控制減搖 方法，屬于高速多體船縱向運動減搖控制領域。

背景技術

高速多體船具有良好的橫向穩定性、耐波性、機動性，具有廣泛的應用范圍。但其獨特 的線性與結構導致航行時縱搖與升沉幅度過大，對其性能影響嚴重，因此抑制其升沉和縱搖 顯得尤為重要。

目前，多體船多以T型翼與壓浪板作為減搖附體，并設計合理的控制策略進行減搖控制。

受實際航行中遭遇的不同海況與船體運動狀態的影響，多體船運動較為復雜，其運動模 型具有強耦合，時變，不確定，非線性等特性。

傳統的減搖控制采用縱搖與升沉通道分離進而進行控制，設計PD減搖控制方法，但其需 要大量的時間離線調試參數，魯棒性較弱，減搖效果一般。

另一方面，現代控制理論的最優控制魯棒性較差、滑模控制存在抖振現象，造成減搖性 能有限，自適應能力差，應用范圍有限。

預測控制突破了其他魯棒控制思想的限制，綜合利用被控對象的歷史信息和模型信息， 對多目標函數不斷滾動優化，并根據實際測得的對象輸出校正預測模型，使得控制效果得以 提高，而保守性降低。

發明內容

本發明的目的是為了改善高速多體船縱向運動穩定性而提供一種高速多體船的單步預測 控制減搖方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種高速多體船的單步預測控制減搖方法，包括如下步驟：

步驟一、建立多體船耦合的垂向運動模型；

步驟二、對耦合的垂向運動模型進行數學變換，獲得單輸入單輸出的解耦升沉與縱搖運 動模型；

步驟三、設計有限時間觀測器，在線估計多體船升沉運動與縱搖運動的耦合項，獲得減 搖補償量；

步驟四、設計單步預測控制律，求解出升沉運動與縱搖運動的減搖反饋控制量；

步驟五、將補償量與反饋控制量相加，通過減搖附體的控制分布矩陣逆運算，獲得T型 翼與壓浪板控制攻角。

本發明還包括這樣一些特征：

所述步驟一中多體船的縱向運動模型為：

由達朗貝爾定理得到多體船縱搖與升沉運動方程組：