[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

本發明屬于欠驅動水面船的鎮定控制技術領域，具體涉及一種基于魯棒鎮定控制器欠驅動水面船的控制方法。本發明包括獲取欠驅動水面船的位置信息和姿態信息；引入全局微分同胚變換，對欠驅動船舶的控制回路進行解耦；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；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。本發明利用基于魯棒鎮定控制器保證在船舶動態具有不確定性的情況下，閉環系統具有穩定性和良好的運行性能，保持一定的魯棒性。基于魯棒鎮定控制器形式簡單，不用測量速度，易于工程實現。

技術領域

本發明屬于欠驅動水面船的鎮定控制技術領域，具體涉及一種基于魯棒鎮定控制器欠驅動水面船的控制方法。

背景技術

海上航行的許多船舶，如運送貨物的集裝箱船、滾裝船等，配備螺旋槳推進器作為主要推進設備，使用舵控制航向，側面上并沒有安裝推進裝置，但是卻需要控制船舶在水平面三個自由度的運動，是一種典型的欠驅動系統。欠驅動船舶的自歸航、自動靠泊等需要在海洋中保持船位或姿態的控制都可以歸結為鎮定問題。簡捷魯棒控制可以很有效地解決鎮定問題，它是一種閉環增益成形算法，這種算法能保證在船舶動態具有不確定性的情況下，使閉環系統具有穩定性和良好的運行性能，并且控制器形式簡單易于工程實現。

發明內容

本發明的目的在于提供能保證在船舶動態具有不確定性的情況下，使閉環系統具有穩定性和良好的運行性能，并且控制器形式簡單易于工程實現的一種基于魯棒鎮定控制器欠驅動水面船的控制方法。

本發明的目的通過如下技術方案來實現：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