[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于廣義噪聲船舶靠離泊后推控制器設(shè)計(jì)方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202110548231.6 | 申請(qǐng)日: | 2021-05-19 |
| 公開(kāi)(公告)號(hào): | CN113139301A | 公開(kāi)(公告)日: | 2021-07-20 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 單麒赫;王孝建;滕菲;李鐵山;孟一平 | 申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人: | 大連海事大學(xué) |
| 主分類(lèi)號(hào): | G06F30/20 | 分類(lèi)號(hào): | G06F30/20;G06F17/15;B63B71/10;G06F119/10;G06F119/14 |
| 代理公司: | 大連東方專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 21212 | 代理人: | 姜玉蓉;李洪福 |
| 地址: | 116026 遼*** | 國(guó)省代碼: | 遼寧;21 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 基于 廣義 噪聲 船舶 靠離泊后推 控制器 設(shè)計(jì) 方法 | ||
本發(fā)明提供一種基于廣義噪聲船舶靠離泊后推控制器設(shè)計(jì)方法,包括:引入廣義噪聲,構(gòu)建船舶靠離泊系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型;考慮靠離泊過(guò)程中復(fù)雜波浪對(duì)船舶靠泊運(yùn)動(dòng)的影響,構(gòu)造符合真實(shí)海浪情況的有色噪聲,模擬有色噪聲與白噪聲對(duì)于P?M波浪譜的擬合情況;引用隨機(jī)微分方程框架中的假定與引理,證明船舶靠離泊系統(tǒng)是否穩(wěn)定;采用后推法推出船舶靠離泊控制系統(tǒng)的控制器,對(duì)船舶靠離泊系統(tǒng)進(jìn)行控制。本發(fā)明在船舶做靠離泊運(yùn)動(dòng)中,采用廣義噪聲刻畫(huà)船舶靠離泊的不確定性,證明廣義噪聲在模擬真實(shí)海浪狀況對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)控制的影響強(qiáng)于白噪聲;基于隨機(jī)微分方程描述船舶靠離泊系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,證明控制器系統(tǒng)由噪聲到狀態(tài)穩(wěn)定,靠離泊模型具有概率漸進(jìn)增益。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及船舶自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域,具體而言,尤其涉及一種基于廣義噪聲船舶靠離泊后推控制器設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)
船舶靠離泊是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、高精度的生產(chǎn)活動(dòng)。船舶在海上航行時(shí),會(huì)受到復(fù)雜的海洋環(huán)境(風(fēng)、浪和流)的干擾。環(huán)境條件是相當(dāng)復(fù)雜的:一個(gè)是大幅擺動(dòng)運(yùn)動(dòng),另一個(gè)是波浪力的隨機(jī)性特征。復(fù)雜的海洋環(huán)境主要是受浪的影響。作為不規(guī)則的波浪,海上的波浪是極端的復(fù)雜,由于波的隨機(jī)特征和多變性,它不僅在一個(gè)方向傳播,而且在其他方向傳播。因此,在研究船舶靠離泊的運(yùn)動(dòng)時(shí),非常有必要考慮海洋環(huán)境。為了減少波浪對(duì)靠離泊運(yùn)動(dòng)的影響,許多學(xué)者都采用了更精確的控制算法。在這些研究中,大多考慮擾動(dòng)的范數(shù)有界項(xiàng)和不確定性項(xiàng),而不考慮波浪擾動(dòng)的隨機(jī)性。然而,實(shí)際過(guò)程中海洋環(huán)境狀態(tài)不斷變化。船舶運(yùn)動(dòng)必然具有嚴(yán)重的不確定性。波浪引起的擾動(dòng)具有隨機(jī)特性。研究無(wú)隨機(jī)擾動(dòng)的船舶運(yùn)動(dòng)是不準(zhǔn)確的。
另一方面,海浪的不規(guī)則變化導(dǎo)致海浪模型的準(zhǔn)確把握非常困難。實(shí)際海浪具有有限的譜寬以及給定的譜密度函數(shù),被稱(chēng)為有色噪聲。波浪外載荷時(shí)歷為滿(mǎn)足一定波譜的有色噪聲序列,生成有色噪聲序列,雖然在低頻部分仍然有一定差別,但能夠反映實(shí)際海浪的波譜特性。很多文獻(xiàn)將白噪聲作為外激勵(lì)時(shí)研究對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)的影響。白噪聲實(shí)際也可以認(rèn)為代表一種海浪譜,不過(guò)是一種理想海浪譜,在現(xiàn)實(shí)中并不存在。這主要是由于實(shí)際海浪是滿(mǎn)足一定波譜分布的有色噪聲序列而不是白噪聲序列。并不是所有形式的波譜都可以表示為白噪聲通過(guò)形狀濾波器后的輸出。白噪聲和有色噪聲在譜能量接近情況下,二者概率分布結(jié)果存在明顯差別。白噪聲計(jì)算的結(jié)果,概率峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于有色噪聲,依照白噪聲的結(jié)果,即使當(dāng)橫搖幅度達(dá)到1rad時(shí)候,依然是存在較大可能性的,這與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果是有很大偏差的,所以采用有色噪聲來(lái)刻畫(huà)波浪比白噪聲刻畫(huà)波浪來(lái)研究波浪對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)控制具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述提出海洋環(huán)境產(chǎn)生的噪聲干擾是有色噪聲而不是白噪聲的技術(shù)問(wèn)題,而提供一種基于廣義噪聲船舶靠離泊后推控制器設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明主要主要研究復(fù)雜海浪環(huán)境下廣義噪聲擾動(dòng)對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)控制的影響。
本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:
一種基于廣義噪聲船舶靠離泊后推控制器設(shè)計(jì)方法,包括如下步驟:
S1、引入廣義噪聲,構(gòu)建船舶靠離泊系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型;
S2、考慮靠離泊過(guò)程中復(fù)雜波浪對(duì)船舶靠泊運(yùn)動(dòng)的影響,構(gòu)造符合真實(shí)海浪情況的有色噪聲,模擬有色噪聲與白噪聲對(duì)于P-M波浪譜的擬合情況;
S3、引用隨機(jī)微分方程框架中的假定與引理,證明船舶靠離泊系統(tǒng)是否穩(wěn)定;
S4、采用后推法推出船舶靠離泊控制系統(tǒng)的控制器,對(duì)船舶靠離泊系統(tǒng)進(jìn)行控制。
進(jìn)一步地,所述步驟S1的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:
S11、建立不帶噪聲的船舶靠離泊模型,如下:
其中,表示船的位置,由船舶空間位置X、Y和航向角組成;v=[u,v,r]T表示縱蕩、橫蕩和艏搖三自由度運(yùn)動(dòng)速度,表示轉(zhuǎn)換矩陣,M表示慣性動(dòng)力學(xué)參數(shù)矩陣,由水動(dòng)力學(xué)附加慣性和船舶重量慣性組成,D表示阻尼矩陣,τ表示設(shè)計(jì)控制力;
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