[發明專利]一種基于魯棒鎮定控制器欠驅動水面船的控制方法

在審

• 申請號: 202011359040.7
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112327635A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 林孝工;劉葉葉;王楠珺;李恒;田偉達;賴沖浪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于魯棒鎮定控制器欠驅動水面船的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：通過位置參考系統獲取欠驅動水面船的位置信息，通過姿態參考系統獲取欠驅動水面船的姿態信息，對獲取的欠驅動水面船的位置信息及姿態信息進行濾波及融合，得到精確位置及姿態η＝[x,y,ψ]^T；

步驟2：引入全局微分同胚變換e＝J^T(ψ)η，對欠驅動船舶的控制回路進行解耦，得到誤差e₁和e₂；

欠驅動水面船的三自由度運動方程為：

其中，u,v,r分別為欠驅動水面船的縱向速度、橫向速度和轉向角速度；τ₁和τ₃分別為欠驅動水面船的縱向推進力和轉艏力矩；m表示欠驅動水面船的質量，I_z表示欠驅動水面船繞Z_B軸轉動的轉動慣量，表示欠驅動水面船縱向加速度產生的縱向附加質量系數，表示欠驅動水面船橫向加速度產生的橫向附加質量系數，表示欠驅動水面船艏向角加速度產生的艏向附加轉動慣量系數；d₁₁＝-X_u，d₂₂＝-Y_v，d₃₃＝-N_r，X_u表示欠驅動水面船縱向速度產生的縱向線性阻尼系數，Y_v表示欠驅動水面船橫向速度產生的橫向線性阻尼系數，N_r表示欠驅動水面船艏向角速度產生的艏向線性阻尼系數；

e＝J^T(ψ)η

其中，e＝[e₁ e₂ e₃]^T，η＝[x y ψ]^T，

由上式可得：

e₁＝xcosψ+ysinψ

e₂＝-xsinψ+ycosψ

e₃＝ψ

步驟3：基于魯棒鎮定控制器對欠驅動水面船的縱向推進力和轉艏力矩進行控制；

欠驅動水面船的縱向推進力控制律τ₁和轉艏力矩控制律τ₃為：

其中，k₁和k₂為基于魯棒鎮定控制器的參數；根據魯棒鎮定控制器的輸出通過推力分配的方式改變推進器和舵機作用在欠驅動水面船的位置和轉向，使欠驅動水面船鎮定在期望位置。