[发明专利]一种基于事件预测的气垫船登滩节能控制方法

说明书

本发明提供一种基于事件预测的气垫船登滩节能控制方法，第一，选用工作在离散状态下的离散事件触发器，设计事件触发的阈值方程组，这个阈值方程组的第一个方程设计依据为通过气垫船在登滩爬坡过程中临界受力平衡条件求得的最大艏向角；第二，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。第三，设计事件触发控制器，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量，将艏向角控制在安全范围内。本发明可以有效降低系统内交互的数据量，节省存储空间；同时减少了执行器的调整频率降低执行器的磨损，起到了节能的作用。

技术领域

本发明涉及气垫船自动控制领域，具体为一种基于事件预测的气垫船登滩节能控制方法。

背景技术

气垫船是一种可以航行在水面、滩涂、湿地以及沼泽的高速船舶。尤其在现代战争中，登滩过程是气垫船作战过程的最后一个阶段，因此具有重要的研究意义。全垫升气垫船的登滩过程主要分为三个分解步骤：(1)近岸航行阶段。(2)登滩过渡阶段。(3)岸滩航行阶段。其中岸滩航行阶段需要进行爬坡运动并且艏向角持续发生改变。本发明的研究背景主要关注于岸滩航行阶段，其中纵向推力τ_u设置为定常值。通过控制横向推力τ_r来控制气垫船的登滩过程。

事件触发控制系统，又称为非周期性控制系统，它的信号采样和控制器运算是由一个特定的事件触发的，而不是随时间的进行而周期进行的。事件的属性和种类很多，它可以是一个变量超过了某个限定值，也可以是在网络控制中一个数据包到达了某个节点。总体来说，事件触发控制系统的采样周期是时变的，而非固定的。登滩爬坡过程中，如果艏向角偏离过大，气垫船分解在x轴上的力不足以支撑其完成爬坡过程，需要在船艏偏离到临界角度这一事件之前进行控制校正。在现有专利技术要求中，还没有对气垫船登滩爬坡过程进行事件预测控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以有效地减少计算量，增加控制效率的基于事件预测的气垫船登滩节能控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于事件预测的气垫船登滩节能控制方法，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触发条件。

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。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述步骤1中通过受力分析得到：

fcosψ+Gsinα+τ_rsinψ＝τ_ucosψ

通过上式进一步解出艏向角ψ的取值，将这个值记为ψ'₀，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：