一种基于运动线性模型和区域性能指标的预测控制算法制造技术

本发明专利技术涉及一种基于运动线性模型和区域性能指标的预测控制算法，步骤如下：1)线性化假定；2)增量形式的船舶运动方程；3)区域性能指标；4)预测方程；5)约束条件；6)方程求解。本发明专利技术的优点在于：本发明专利技术所述的方法为线性化的方法，求解相对于非线性类预测控制算法要简单，且结果可靠。因其求解简单，所以计算时间较短，更能适应船舶控制这种实时性要求较高的领域。本发明专利技术的方法基于区域性能指标，符合目前绿色控制的概念，能够有效避免推进器的磨损，减少能源消耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种动力定位控制领域，特别涉及一种基于运动线性模型和区域性能指标的预测控制算法。
技术介绍
动力定位系统是指船舶采用自动控制算法控制器自身所配备的动力系统——如桨、舵等，以抵抗风、浪流等外力作用，使船舶保持一定的位置和角度或是按照预定轨迹运动。一般动力定位系统包括操作系统、位置和艏向参考系统、动力定位控制系统、动力系统等子系统，其中动力定位控制系统是其关键子系统，负责诸如传感信号处理、路径规划、船舶运动控制及推力分配等方面的工作。船舶运动控制算法大致经历了三个发展阶段：最初采用传统PID控制算法；20世纪70年代以来，以现代控制理论为基础的最优控制得到广泛应用；20世纪90年代至今开始采用鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制、非线性模型预测控制等控制算法。模型预测控制作为一种先进的控制技术自20世纪70年代产生至今已在工业控制领域取得了广泛的应用，引入船舶控制领域后，亦取得不错的效果。由于船舶运动的复杂性，非线性模型预测控制的应用往往要涉及到复杂的非线性方程寻优问题，可能导致求解时间过长，且存在陷入局部最优的缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于运动线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于运动线性模型和区域性能指标的预测控制算法，其特征在于：包括以下步骤：1)线性化假定：本专利技术基于以下4个线性化假设；假设1：基于船舶在动力定位工况下，船舶运动速度较低，忽略科氏力的影响；假设2：假定船舶粘性水动力力与船舶速度成正比；假设3：鉴于船舶转艏运动缓慢，忽略预测时间内船舶转艏运动对位置移动的耦合影响，即认为下文船舶运动方程。中的旋转矩阵在所取预测步中保持恒定；假设4：假定船舶配备足够的位置和艏向传感器，船舶位置和艏向可观，在本文模拟计算是时,采用无迹卡尔曼滤波方法[4]得到船舶低频位置和艏向；2)增量形式的船舶运动方程按照假定1,2,在随船坐标系下，船舶运动方程如下：其中M为...

【技术特征摘要】
1.一种基于运动线性模型和区域性能指标的预测控制算法，其特征在于：包括以下步骤：1)线性化假定：本发明基于以下4个线性化假设；假设1：基于船舶在动力定位工况下，船舶运动速度较低，忽略科氏力的影响；假设2：假定船舶粘性水动力力与船舶速度成正比；假设3：鉴于船舶转艏运动缓慢，忽略预测时间内船舶转艏运动对位置移动的耦合影响，即认为下文船舶运动方程。中的旋转矩阵在所取预测步中保持恒定；假设4：假定船舶配备足够的位置和艏向传感器，船舶位置和艏向可观，在本文模拟计算是时,采用无迹卡尔曼滤波方法[4]得到船舶低频位置和艏向；2)增量形式的船舶运动方程按照假定1,2,在随船坐标系下，船舶运动方程如下：其中M为船舶的惯量矩阵，D为线性阻尼矩阵，η＝[xyψ]T为随船坐标系原点在全局水平坐标系下的位置和艏向角度，τenv和τ分别为三个方向的环境力和控制力；按照假定3，可以认为在有限的预测时间步数内R(ψ)不变，进一步在MPC算法每步计算开始的时候，定义全局坐标系与水平随船坐标系重合，则R(ψ)为单位阵；由此可推导出离散化的增量形式的船舶运动及预测方程如下：其中yp＝[xyψ]TC0＝[I3×303×303×3]x为状态变量，其分量x、y、ψ为船舶的位置和艏向，u、v、r分别表示船舶的纵向、横向速度及角速度，ax、ay、为船舶的纵向、横向加速度及角加速度；yp为控制目标量，即船舶的位置和艏向；Δτenv为环境荷载增量；Δτ为控制力(矩)增量；这里以方程的当前状态x(k)及外载增量Δτenv(k)已知；3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：谌栋梁，谢颖，黄彦文，陈杰宇，秦一飞，王晓飞，王一强，
申请(专利权)人：上海振华重工集团南通传动机械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32