[发明专利]一种无人船模型全系数精确辨识方法

权利要求书

1.一种无人船模型全系数精确辨识方法，其特征在于：利用无人船模型全系数精确辨识结构进行辨识，所述无人船模型全系数精确辨识结构包括滤波器模块、积分滤波模块、参数在线估计模块和船舶模型，所述滤波器模块的输入端与全驱动无人船模型的输出端以及外部力矩输出端相连，所述积分滤波模块的输入端与滤波器模块的输出端相连，所述无人船模型参数在线估计模块的输入端分别与滤波器模块和积分滤波模块的输出端相连；

所述船舶模型为全驱动无人船模型；

所述滤波器模块、积分滤波模块和无人船模型参数在线估计模块构成全系数辨识模块；

所述辨识方法，包括以下步骤：

A、建立船舶模型

所述的船舶模型用如下微分方程描述：

式中，代表无人船的惯性矩阵，其中m_(·)表示无人船的质量，I_z是无人船关于z轴的惯性矩，分别表示无人船在前向、侧向和艏摇方向的流体力学导数；

表示船体坐标系下无人船的速度向量，其中u表示前向速度，v表示侧向速度，r表示艏摇角速度；

C代表无人船的向心力矩阵，c₁₃＝-m₂₂v，c₂₃＝m₁₁u；

D代表无人船的阻尼矩阵，d₁₁＝-X_u-X_|u|u|u|-X_uuuu²，d₂₂＝-Y_v-Y_|v|v|v|-Y_|r|v|r|,d₂₃＝-Y_|v|r|v|-Y_|r|r|r|,d₃₂＝-N_|v|v|v|-N_|r|v|r|,d₃₃＝-N_r-N_|v|r|v|-N_|r|r|r|,其中X_(·)、Y_(·)、N_(·)均表示阻尼系数；

τ_u、τ_v、τ_r分别是无人船前向、侧向和艏摇方向的控制输入；为进行船舶模型参数辨识，将公式(1)中的船舶模型表示为如下形式：

其中ζ为未知参数矢量，定义为：

其中vec(Z)表示通过堆叠矩阵Z的列从而获得矩阵Z的矢量化，即：

是已知的回归矩阵；

是单位对角矩阵；

是矩阵的Kronecker积，设则：

B、建立滤波器方程

所述的滤波器方程用以下微分方程描述：

E(0)＝0

x(0)＝0 (4)

其中表示滤波后的回归矩阵；

表示滤波器的状态导数；

k0是滤波器的时间常数；

E(0)、x(0)分别表示E、x的初始值；

由于是未知的，所以通过对公式(4)积分得到x(t)：

x(t)＝θ(t)-e^-ktθ(0)-kg(t) (5)

其中是以下滤波器方程的输出：

其中θ(t)通过测量得到，从而避免了对信息的需要；

C、建立积分滤波回归方程

所述的积分滤波回归方程用以下微分方程表示：

L(0)＝0

G(0)＝0 (7)

其中是积分滤波后的回归量；

L(0)、G(0)分别表示L、G的初始值；

G(t)进一步定义为：

D、建立参数ζ的在线估计方程

引入以下参数建立参数ζ的在线估计方程：

其中是未知无人船参数向量ζ的在线估计；

μ_ζ0、η_ζ0均是用于调节收敛速度的两个标量增益。