[发明专利]一种推进器故障时水面船轨迹跟踪的二阶预设性能容错控制方法

权利要求书

1.一种推进器故障时水面船轨迹跟踪的二阶预设性能容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立水面船的运动学模型、动力学模型、推进器故障模型和轨迹跟踪误差系统模型；

步骤二：构造轨迹跟踪误差的性能函数和性能边界；

步骤三：定义轨迹跟踪误差系统的中间误差变量，构造中间误差变量的性能函数和性能边界；

步骤四：基于轨迹跟踪误差系统模型以及步骤二和步骤三获得的性能函数分别对轨迹跟踪误差和中间误差变量进行误差转换，分别获得轨迹跟踪误差的轨迹阶转换误差和中间误差变量的速度阶转换误差；

步骤五：利用轨迹阶转换误差和速度阶转换误差设计二阶预设性能轨迹跟踪容错控制器，利用该控制器在推进器故障时对水面船实现二阶预设性能容错控制；

所述二阶预设性能轨迹跟踪容错控制器为：

其中，

M^*(η)＝MR^T(ψ)，

J_e＝diag{J_e1，J_e2，J_e3}，

J_s＝diag{J_s1，J_s2，J_s3}，

L＝[M^*(η)]^-TJ_sθρ_sε_s，

η＝[n，e，ψ]^T，n为北向位置，e为东向位置，ψ为水面船的艏向角，τ为水面船的控制输入向量，k_s＞0、c₁＞0和c₂＞0分别为取值不同的三个控制增益，S为中间误差变量，ε_s为Sr的速度阶转换误差向量，η_e为轨迹跟踪误差，ε_e为η_e的轨迹阶转换误差向量，η_d为给定期望轨迹，为设计参数，T为推进器配置矩阵，κ为时变光滑的有界变量，M为水面船的惯性矩阵，R(ψ)为转换矩阵，C(υ)为水面船的科里奥利向心力矩阵，D(υ)为水面船的阻尼系数矩阵，ρ_ei(t)为η_e中第i个元素η_ei的性能函数，ρ_si(t)为S中第i个元素S_i的性能函数，δ_ei和σ_ei分别为η_ei的上、下界系数，δ_si和σ_si分别为S_i的上、下界系数，ε_ei为η_ei的轨迹阶转换误差，ε_si为S_i的速度阶转换误差，i＝1，2，3，

和分别为λ和Δm的估计值，λ＝1/λ_min(TKT^T)，λ_min(TKT^T)为矩阵TKT^T的最小特征值，为向量Δ＝Td+ω+ΔS的范数上界，ω为水面船所受外界环境干扰，

J＝[d₁，d₂，...，d_r]^T为推进器的加性故障矩阵；

ΔM、ΔC(υ)和ΔD(υ)分别为对应于M、C(υ)和D(υ)的不确定部分，K＝diag{k₁，k₂，...，k_r}为推进器的乘性故障矩阵。