带有时滞和饱和的欠驱动船舶有限时间动力定位控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种带有时滞和饱和的欠驱动船舶有限时间动力定位控制系统，包括海洋干扰(1)、动力定位船(2)、执行机构(3)、传感器系统(4)、位置传感器(5)、速度传感器(6)、状态观测器(7)、有限时间镇定控制器(8)、时滞补偿器(9)、执行器饱和补偿器(10)、故障检测观测器(11)、执行机构故障补偿器(12)、时间间隔测量模块(13)。本发明专利技术适用于欠驱动和执行器饱和的动力定位船舶在恶劣海洋干扰下的动力定位过程，考虑到船舶运动中环境干扰和执行机构故障问题，设计一种有限时间镇定的控制系统，减少了船舶动力定位系统的定位时间，在执行机构输入受限情况下能够达到较好的控制效果。

Finite-time Dynamic Positioning Control System for Underactuated Ships with Time Delay and Saturation

【技术实现步骤摘要】
带有时滞和饱和的欠驱动船舶有限时间动力定位控制系统
本专利技术涉及船舶控制
，尤其是针对实际船舶动力定位系统在欠驱动和执行器饱和情形下设计的一种在有外部干扰情况下快速镇定的姿态控制系统。
技术介绍
随着海洋经济的快速发展，人类对海洋的探索和开采逐年加深。由于深海环境的复杂多变，使得作业船舶或平台需要更高的定位精度，传统的作业工具由于其自身的局限性，如锚泊操作复杂、机动性能差等缺点，已经不能满足现代定位精度的要求。因此，研究船舶动力定位控制问题对于开采海洋资源振兴国家经济具有越来越重要的现实意义。中国专利CN108490946A提出了一种基于RBF神经网络补偿的船舶动力定位滑模控制系统，该专利考虑了船舶运动中的未建模动态、模型不确定、环境干扰和执行机构输入饱和问题，提高船舶动力定位系统的抗干扰能力和定位精度。但是未考虑到船舶自身执行机构不确定故障，以及执行机构所产生的时滞现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种带有时滞和饱和的欠驱动船舶有限时间动力定位控制系统，考虑到执行机构时滞和未知故障补偿，使控制系统更加符合船舶海洋运动环境。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.带有时滞和饱和的欠驱动船舶有限时间动力定位控制系统，包括动力定位船舶、传感器模块、状态观测器和执行机构，动力定位船舶所受合力由海洋干扰和执行机构所提供的推力两部分组成；传感器模块实时采集动力定位船舶的位置和艏向角信息η以及线速度和角速度信息v，并将采集到的信息传递给状态观测器，其特征是，还包括：有限时间跟踪控制器，状态观测器接收传感器模块所反馈的数据信息和控制器提供的等效输入值，得到位置估计值

【技术特征摘要】
1.带有时滞和饱和的欠驱动船舶有限时间动力定位控制系统，包括动力定位船舶、传感器模块、状态观测器和执行机构，动力定位船舶所受合力由海洋干扰和执行机构所提供的推力两部分组成；传感器模块实时采集动力定位船舶的位置和艏向角信息η以及线速度和角速度信息v，并将采集到的信息传递给状态观测器，其特征是，还包括：有限时间跟踪控制器，状态观测器接收传感器模块所反馈的数据信息和控制器提供的等效输入值，得到位置估计值和速度的估计值并将位置估计值速度估计值传递给有限时间跟踪控制器；时滞补偿器，得到时间间隔测量模块传来的位置和速度信号后，经过时滞补偿器，得到带有时滞项的位置和速度信号，并将其传递给有限时间跟踪控制器；执行器饱和补偿器，控制信号τ经过有限时间跟踪控制器后得到的控制向量传递给执行器饱和补偿器，得到输入饱和条件下的控制量sat(τi)，并将其传递给故障检测观测器；故障检测观测器，如果故障检测观测器观测到执行机构正常运行，则将控制信号sat(τi)直接传递给动力定位船舶；若观测到执行机构发生故障，则将控制信号sat(τi)传递给执行机构故障补偿器，再将产生的补偿量传递给动力定位船舶，最终使船舶运动到期望位姿状态。2.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述动力定位船舶的三自由度低频运动模型为：式中，R(ψ)为旋转矩阵，其定义为且满足特性R-1(ψ)＝RT(ψ)，M为惯量矩阵，是可逆的正定对称阵；D为线性阻尼阵，也是正定矩阵；τ为控制输入向量，d(t)是未知...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨仁明，张炳华，周佩，张广渊，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东,37