[发明专利]一种基于事件预测的气垫船登滩节能控制方法

权利要求书

1.一种基于事件预测的气垫船登滩节能控制方法，其特征是：具体包括以下步骤：

步骤1：选用工作在离散状态下的离散事件触发器，根据气垫船在登滩爬坡过程中的临界受力平衡条件计算触发阈值，并根据事件触发阈值来设计触发判定函数方程组，在到达单一的艏向角触发条件时，事件触发器通过触发判定函数判断当前状态是否满足扩展为方程组的触发条件；

通过受力分析得到：

f cosψ+G sinα+τ_rsinψ＝τ_ucosψ

式中，τ_u是纵向推力，τ_r是横向推力；

通过上式进一步解出艏向角ψ的取值，将这个值记为ψ₀'，因为执行机构自身存在惯性因素不能立即执行操作指令，所以需要添加比例系数缩小艏向角ψ防止其超过临界值即可得到设计的触发阈值，更新为：

ψ₀＝k·ψ₀'，k∈(0,1)

为了更加精确地达到触发条件防止事故发生，在单一的艏向角触发条件下扩展为方程组触发条件：(1)当前艏向角已经超过了触发阈值；(2)下一时刻的估计值已经超过了当前时刻的状态值与触发误差之和；

基于以上两点，可以设计事件触发条件方程组：

其中，ψ_k是当前时刻的艏向角，ψ，δ分别代表艏向角和舵角，e(k)是误差，函数f是离散系统标准形式x(k+1)＝f(x(k),u(k))下的函数；

步骤2：通过气垫船运动数学模型得出舵角与艏向角的预测模型，采用极大似然法对预测模型进行在线参数估计；

步骤3：在步骤2的参数估计基础上设计事件触发模糊控制器，结合事件触发机制将需要控制的状态发送给控制器，控制器通过模糊算法解算后输出舵角控制指令，将艏向角控制在安全范围内。

2.根据权利要求1所述的一种基于事件预测的气垫船登滩节能控制方法，其特征是：所述步骤2中采用极大似然法对预测模型进行在线参数估计的方法具体为：

设待估参数θ＝[a₁,a₂,b₀,b₁,b₂]，并由此设当前艏向角ψ(k)的预测值为：

其中，e(k-i)为预测误差，i＝1,2；为a_i、b_i、c_i的估计值，预测误差表示为：

对于e(k)符合高斯噪声序列的极大似然函数为：

用上式对σ²求偏导数令其等于0，得到：

当方差σ²最小时，e²(k)最小，即残差最小，因此希望方差σ²的估计值取最小：

设计性能指标为：

由于性能指标J是非线性的，因此求J的极小值问题采用牛顿-拉弗森迭代法。

3.根据权利要求1所述的一种基于事件预测的气垫船登滩节能控制方法，其特征是：所述步骤3中基于模糊规则设计事件触发模糊控制器；

首先设计模糊规则i：因为b₀(k)＝0恒成立，所以不考虑其对应的模糊规则；设a₁(k)对应μ_i1，a₂(k)对应μ_i2，b₁(k)对应μ_i3，b₂(k)对应μ_i4，则有：

其中，表示初始条件，μ_im,m＝1,2,3,4表示模糊集；

若待估参数θ＝[a₁,a₂,b₀,b₁,b₂]不会影响控制输入变量δ(k)，则系统的模糊形式可表示为：

基于上述的模糊规则，模糊控制律：

其中，K_i是模糊控制器的增益矩阵；差分算子Δ＝1-z^-1，ψ(k)和δ(k-1)以及ξ(k)分别是系统的输出和输入以及高斯分布的白噪声序列，其均值为0，方差为σ²。