[發(fā)明專利]一種無(wú)人艇航向自抗擾控制系統(tǒng)及控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110306691.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN112947477A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張磊;陳健樺;黃子玚;張傳林;周彬;朱騁;鄭宇鑫;莊佳園;黃兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 常州品益專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32401
• 代理人: 侯慧娜

1.一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)人艇航向自抗擾控制系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括線性自抗擾控制模塊、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊及舵機(jī)，線性自抗擾控制模塊包含跟蹤微分器(TD)、線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(LESO)、線性誤差反饋模塊(LSEF)，所述跟蹤微分器接收設(shè)定的期望航向角信息ψ_d，計(jì)算出期望航向角的近似值x₁以及該近似航向角的微分信號(hào)x₂，線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器接收實(shí)際的航向角信息ψ和無(wú)人艇的輸入控制量u，計(jì)算出無(wú)人艇實(shí)際航向及其一階微分的估計(jì)值分別表示為z₁，z₂，同時(shí)計(jì)算出無(wú)人艇受到的總擾動(dòng)z₃；線性誤差反饋模塊獲得控制分量，利用未知擾動(dòng)的估計(jì)值z(mì)₃對(duì)控制分量進(jìn)行擾動(dòng)補(bǔ)償，并得到無(wú)人艇的控制量u；所述模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊用于接收得到的x₁和觀測(cè)變量z₁的偏差e₁以及相應(yīng)微分信號(hào)x₂與z₂的偏差e₂，并輸出控制量β₁，β₂至線性誤差反饋模塊，所述舵機(jī)用于接收控制量u實(shí)時(shí)調(diào)整無(wú)人艇航向，并輸出當(dāng)前實(shí)際航向重新傳入線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器繼續(xù)循環(huán)控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)人艇航向自抗擾控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

步驟1：跟蹤微分器接收設(shè)定的期望航向角信息ψ_d，計(jì)算出期望航向角的近似值x₁以及該近似航向角的微分信號(hào)x₂；

步驟2：線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器接收實(shí)際的航向角信息ψ和無(wú)人艇的輸入控制量u，計(jì)算出無(wú)人艇實(shí)際航向及其一階微分的估計(jì)值分別表示為z₁，z₂，同時(shí)計(jì)算出無(wú)人艇受到的總擾動(dòng)z₃，包括稱為外擾的外界環(huán)境力和由于模型不精確和/或模型參數(shù)改變?cè)斐傻南到y(tǒng)內(nèi)擾；

步驟3：計(jì)算通過跟蹤微分器得到的x₁和觀測(cè)變量z₁的偏差e₁以及相應(yīng)微分信號(hào)x₂與z₂的偏差e₂，得e₁＝x₁-z₁，e₂＝x₂-z₂，將計(jì)算得到的偏差輸入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過誤差方向傳播來(lái)調(diào)節(jié)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，從而達(dá)到自適應(yīng)調(diào)節(jié)輸出的控制參數(shù)β₁，β₂的目的；

步驟4：線性誤差反饋模塊獲得控制分量e₁，e₂，并利用未知擾動(dòng)的估計(jì)值z(mì)₃對(duì)控制分量進(jìn)行擾動(dòng)補(bǔ)償，從而得到無(wú)人艇的控制量u。

步驟5：無(wú)人艇接收控制量u，實(shí)時(shí)調(diào)整航向，并輸出當(dāng)前實(shí)際航向重新傳入線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器繼續(xù)循環(huán)控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于：步驟1中所述跟蹤微分器的計(jì)算公式如下：

其中，r為速度因子，其值越大，逼近速度越快。h、h₀為積分步長(zhǎng)；fhan(·)函數(shù)為最速控制綜合函數(shù)，公式如下：

其中，d、d₀、y、a₀、a均為中間變量。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的控制方法，其特征在于：在步驟2中，所述線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器連續(xù)形式計(jì)算公式如下：

為滿足工程應(yīng)用，采用如下離散形式：

其中，e為狀態(tài)誤差，y為實(shí)際航向角信息ψ，h為積分步長(zhǎng)，b₀為補(bǔ)償系數(shù)，在確定被控對(duì)象后它是一個(gè)已知量；β₀₁、β₀₂、β₀₃為待設(shè)計(jì)觀測(cè)器增益，分別是z₁、z₂、z₃的一階導(dǎo)數(shù)。