[发明专利]一种非线性船舶动力系统的自适应定位跟踪容错控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非线性船舶动力系统的自适应定位跟踪容错控制方法，属于容错控制领域。

背景技术

由于现代工业设备所处动力学环境和本身机械结构的复杂度日益提高，因此控制对象的建模必是难以完备的，整个系统往往呈现为复杂的非线性和不确定性。而元器件损耗、环境变化等因素随时都可能为执行器的实际控制效果带来诸多不确定，可能使得系统发生故障,严重时甚至会导致系统失稳,从而造成巨大的安全事故。

定位跟踪控制问题广泛存在于现代工业系统中，例如机器人点焊、磁盘磁道读取和仓储搬运等，尤其随着人们对海洋探索范围的不断拓展，针对海上作业系统系泊方式的研究就显得日益重要。船舶动力定位控制就是指船舶利用自身动力系统(主要指舵和桨)来提供反力和反力矩以克服风、浪和流等环境外力(矩)的干扰，从而使船舶保持在海平面要求的位置和方向上。此问题已成为各国的研究热点，尤其是系统存在故障等不确定因素时的容错控制问题还鲜见于报道。

船舶系统模型的不确定性和故障是影响定位控制的重要因素。在目前的技术中，主要存在两大弊端。一种技术方法是普遍限定系统的不确定性范数有界为已知常数，然而此有界常数若人为选得过大或过小都可能会造成最终控制器的实现代价过高或对不确定性的影响估计不足，指导性不强。另一种技术方法则进一步放宽了对系统不确定性的要求，但却对系统模型的依赖性较强。因为即使对船舶模型直接采用T-S模糊建模，获取每条模糊规则下的局部线性化模型也并非易事。自适应模糊逻辑由于具有强大的对数据和模型“精确”的“解释”性，已成为船舶定位控制研究处理不确定性和建模问题的主要手段。但也需指出，虽然自适应方法加强了控制策略对系统不确定部分的适应性，但由故障等不确定因素所引起的系统结构和参数的变化，却会使得很多自适应控制方法失效。这是因为由故障等所引发的结构和参数的变化程度往往难以以精确的函数来描述。

发明内容

本发明的目的是解决一种非线性船舶动力系统的定位跟踪控制问题，在存在风、浪和流的海况条件下，针对多维非线性船舶系统设计自适应容错控制器，以分别实现船舶定位系统正常和发生有界故障情形下的定位控制，提高系统的定位精度和控制可靠性。

根据本发明提供的技术方案，所述非线性船舶动力系统的自适应定位跟踪容错控制方法包括如下步骤：

第一步：建立惯性坐标系下船舶耦合运动模型

同一般物体的力学运动一样，船舶运动也有运动学问题和动力学问题之分。单纯描述船舶位置、速度、加速度，以及姿态、角加速度随时间变化的问题属于运动学的问题。研究船舶受到力和力矩作用后如何改变运动位置和姿态的问题属于动力学问题。船舶动力学问题研究必须在惯性参考系下进行，一般总是以大地作为参考系。