[发明专利]带跟踪微分器的船舶舵机主动抗扰无模型控制方法

说明书

本发明提出了带跟踪微分器的船舶舵机主动抗扰无模型控制方法，适用于船舶舵机系统控制。其步骤包括：向船舶舵机系统输入期望舵令；利用模块化思想建立舵机系统动力学模型；基于伪偏导数建立船舶舵机系统动力学紧格式动态线性化数据模型；针对恶劣海况下船舶在航行过程中由于波浪、风和水流等干扰引起的传感器测量扰动问题，设计带跟踪微分器的船舶舵机主动抗扰无模型控制器；通过伺服油缸改变斜盘倾角，进而控制斜盘式轴向柱塞变量泵液压油流量，最终推动转舵机构撞杆运动，撞杆推动舵柄来完成舵叶转动。该方法通过利用舵机系统的数据信息，来完成控制器的设计，有较强的抗干扰性和鲁棒性，提高了舵机系统在恶劣海况下舵角信号的跟踪速度。

技术领域

本发明涉及船舶舵机液压控制技术领域，具体涉及带跟踪微分器的船舶舵机主动抗扰无模型控制方法。

背景技术

船舶舵机系统是一种典型的复杂非线性系统，舵机系统是进行船舶航行任务的主要设备。由于船舶长时间在海上航行会受到环境因素的干扰、传感器的测量信号的延迟以及数据丢包等测量噪声所带来的影响，况且建立一个比较精准的数学模型是比较困难的，鲁棒性也较差。因此，对于系统模型参数时变的舵机系统在面对上述问题时受到了挑战。

目前，针对测量干扰对被控系统产生的影响，控制算法中常引用衰减因子或死区环节来处理，吉林大学李俊玲在预测控制、无模型控制若干问题的研究中提出带有死区的无模型自适应控制，死区的引入使得系统可以获得较好的平稳性，该方法有效减小外部扰动带来的影响，但是阈值难以确定。Robust model free adaptive control withmeasurement disturbance文中提出一种带有衰减因子的无模型自适应控制方法，该方法主要是在控制算法中引入衰减因子，使得控制算法的更新会随时间的增加而逐步减小，从而逐渐削弱外部扰动的影响。但是衰减因子的引入使得某时刻后控制量不再更新，当系统存在时变参数、结构变化或期望值变化时，该方法就不再适用，有一定的局限性。另外，在船舶舵机系统中，由于外界因素较为复杂，尤其在未知情况下对系统进行控制时，传统的控制方法需要操作员不断调整参数进行转舵的控制，这对系统的性能产生了影响，而且也会产生超调等现象。

本发明针对恶劣海况下船舶在航行过程中由于波浪、风和水流等干扰引起的传感器测量扰动，进而影响舵机控制系统鲁棒性的问题，提出一种带跟踪微分器的船舶舵机主动抗扰无模型控制方法，用于实现船舶舵机系统的运动控制。对于无模型自适应控制(model free adaptive control，MFAC)，文献(侯忠生，金尚泰.无模型自适应控制：理论与应用)利用受控系统的输入输出数据直接进行控制器的设计与分析，实现了未知非线性受控系统的参数自适应控制和结构自适应控制。无模型自适应控制方法具有良好的移植性，只需要受控系统提供输入输出数据，不依赖数据模型的精确性。另外，韩京清教授提出的离散形式的非线性跟踪微分器在一些运动控制系统中也发挥了较好的作用。将带有跟踪微分器的无模型自适应控制用于船舶舵机液压控制系统中，为复杂的工作任务提供了一种新的研究思路和方法。

发明内容

本发明针对恶劣海况下船舶在航行过程中由于波浪、风和水流等干扰引起的传感器测量扰动问题，提出一种带跟踪微分器的船舶舵机主动抗扰无模型控制方法，提高了船舶舵机控制系统的响应速度和鲁棒性。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：

带跟踪微分器的船舶舵机主动抗扰无模型控制方法，所述方法包括下述步骤：

(1)向船舶舵机系统输入期望舵令；

向船舶舵机系统给发送一个期望舵令，将期望舵令与实际舵角作差得到一个舵角的偏差，该偏差信号作为控制器的输入。

(2)利用模块化思想建立舵机系统动力学模型；

本发明根据液压舵机系统的实际工作特点，可将其划分为众多子系统，在对系统进行合理的模块化分解时，需保证各模块间的独立性，最终建立出舵机的系统油泵模块、系统流量模块、系统液压缸模块，系统舵角模块等。