The invention provides a multi-loop model-free adaptive heading control method for naval vessels. The control system adopts a combination of an outer loop navigation controller and an inner loop angular velocity controller, the outer loop navigation controller calculates the desired heading angular velocity, and the inner loop MFAC angular velocity controller completes the angular velocity control and indirectly realizes the heading control. The purpose of the system. In practical application, the angular velocity sensor has large noise. The method uses the historical input and output data of the control system to predict the angular velocity, filters the angular velocity data through Kalman filter, and acts as the feedback input of the inner loop angular velocity controller to suppress the noise of the angular velocity sensor, thus effectively improving the control effect in practical application. Fruit. The invention introduces MFAC control theory into the field of ship heading control, and by virtue of the unique adaptability of MFAC theory and the advantages of on-line data driving, the multi-loop model-free adaptive heading control method for ship has strong adaptability.
【技术实现步骤摘要】
舰船用多回路无模型自适应艏向控制方法
本专利技术涉及一种舰船用多回路无模型自适应艏向控制方法,用于舰船艏向控制,属于舰船自动运动控制领域,本专利技术中的舰船是指广义上的各种水中航行装备,如水面船舶、潜水器、潜艇、水下无人航行器、水面无人艇等,在本专利技术中统称为舰船,都在本专利技术的应用范围内。
技术介绍
舰船的航向控制对于舰船系统来说非常重要,只有保证了舰船的航向稳定,才能有效的跟踪期望航迹。目前在实际工程应用中,舰船的航向控制基本上采用的是PID控制算法以及常规的基于“模型导向”设计策略开发的控制算法。PID控制器是一种基于离线数据的数据驱动控制算法,但舰船运行于海洋环境中时容易受到模型摄动、海洋环境干扰力等影响,导致PID控制器难以维持一致的控制效果,需要重新调整参数才能使系统保持良好控制性能或稳定。而基于“模型导向”设计策略开发的控制器,严重地依赖于系统数学模型,由于获得精确的数学模型十分困难,存在未建模动态、模型摄动等影响导致系统的自适应较差,难以保证系统鲁棒性能,从而很难在工程中获得应用。无模型自适应控制理论(MFAC)不依赖于精确的数学模型,采用数据驱动方式调节控制参数,已应用于多种领域并取得了良好效果,如程启明等提出的公布号为CN101957598A,专利技术名称为“一种大时滞系统灰色无模型控制方法”的专利技术专利,马洁等发表的论文《大型舰船综合减摇系统无模型自适应控制》等,但目前已公开的方法均不适用于舰船的艏向控制,因为舰船的艏向系统不满足MFAC算法对受控系统“拟线性”假设条件的要求,即受控系统输入增加时相应的受控系统的输出是不减的。姜 ...
【技术保护点】
1.舰船用多回路无模型自适应艏向控制方法,其特征在于:步骤如下:步骤(1)由制导模块给出舰船的期望艏向ψ*(k),其中k为离散控制系统的运行时刻;步骤(2)由艏向传感器测量得到系统实际艏向ψ(k),将所述舰船期望艏向与实际艏向相减,得到艏向误差e(k)=ψ*(k)‑ψ(k),如果艏向误差绝对值|e(k)|小于设定的阈值e0并保持,则波浪滑翔器艏向控制系统实际输出稳定收敛到期望输出,跳出循环,否则将e(k)作为外环导航控制器的输入,解算出期望转艏角速度r*(k),进入步骤(3);步骤(3)无模型自适应控制器根据控制系统输出的历史数据u(i),i=1,2,…,k‑1和系统转艏角速度的历史数据r(i),i=1,2,…,k‑1,估算系统伪偏导数
【技术特征摘要】
1.舰船用多回路无模型自适应艏向控制方法,其特征在于:步骤如下:步骤(1)由制导模块给出舰船的期望艏向ψ*(k),其中k为离散控制系统的运行时刻;步骤(2)由艏向传感器测量得到系统实际艏向ψ(k),将所述舰船期望艏向与实际艏向相减,得到艏向误差e(k)=ψ*(k)-ψ(k),如果艏向误差绝对值|e(k)|小于设定的阈值e0并保持,则波浪滑翔器艏向控制系统实际输出稳定收敛到期望输出,跳出循环,否则将e(k)作为外环导航控制器的输入,解算出期望转艏角速度r*(k),进入步骤(3);步骤(3)无模型自适应控制器根据控制系统输出的历史数据u(i),i=1,2,…,k-1和系统转艏角速度的历史数据r(i),i=1,2,…,k-1,估算系统伪偏导数步骤(4)根据系统伪偏导数系统转艏角速度的历史数据r(i),i=1,2,…,k-1以及控制系统输出当前值和历史数据u(i),i=1,2,…,k,系统转艏角速度的预测值步骤(5)由角速度传感器测量得到系统实际转艏角速度的测量值r(k);步骤(6)采用卡尔曼滤波器对系统转艏角速度估计,得到系统转艏角速度的估计值其中在...
【专利技术属性】
技术研发人员:王磊峰,廖煜雷,潘恺文,李晔,张蔚欣,姜权权,范佳佳,贾知浩,
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江,23
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