【技术实现步骤摘要】
基于可达集估计的重力式主动式网箱升降滑膜控制方法
本专利技术涉及海洋养殖重力式主动式网箱设计
，特别是一种基于可达集估计的重力式主动式网箱升降滑膜控制方法。
技术介绍
渔业海水网箱养殖“靠天吃饭”，重力式主动式网箱可以沉降而躲避大风浪，实现海水养殖的可靠与增产。在海浪作用下，重力式主动式网箱在沉降过程中容易倾倒等严重事故，因此有必要提供一种技术去实现重力式主动式网箱升降过程中的稳定性与快速性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种基于可达集估计的重力式主动式网箱升降滑膜控制方法，实现了保证重力式主动式网箱升降过程中的稳定性与快速性。本专利技术采用以下方案实现：一种基于可达集估计的重力式主动式网箱升降滑膜控制方法，具体包括以下步骤：分析重力式主动式网箱升降的运动原理，建立深水网箱升降的奇异非线性系统方程，并将其表达为T-S的模糊模型；给出模糊滑膜控制器设计升降控制系统状态轨迹到达滑膜面的时间，在此基础上计算出系统状态轨迹在初始的状态到达滑膜面的界限和到达滑膜面后系统状态轨迹的界限；基于李雅普诺夫函数稳定性原理，设计有限时间有界性模糊滑膜控制器，以保证重力式主动式网箱升降过程中的稳定性与快速性。进一步地，所述分析重力式主动式网箱升降的运动原理，建立深水网箱升降的奇异非线性系统方程，并将其表达为T-S的模糊模型的步骤具体为：步骤S11：将深水网箱近似为钢体，那么它的升降运动方程，如公式(1)所示：式中，M(V)表示网箱质...
【技术保护点】
1.一种基于可达集估计的重力式主动式网箱升降滑膜控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n分析重力式主动式网箱升降的运动原理，建立深水网箱升降的奇异非线性系统方程，并将其表达为T-S的模糊模型；/n给出模糊滑膜控制器设计升降控制系统状态轨迹到达滑膜面的时间，在此基础上计算出系统状态轨迹在初始的状态到达滑膜面的界限和到达滑膜面后系统状态轨迹的界限；/n基于李雅普诺夫函数稳定性原理，设计有限时间有界性模糊滑膜控制器，以保证重力式主动式网箱升降过程中的稳定性与快速性。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于可达集估计的重力式主动式网箱升降滑膜控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
分析重力式主动式网箱升降的运动原理，建立深水网箱升降的奇异非线性系统方程，并将其表达为T-S的模糊模型；
给出模糊滑膜控制器设计升降控制系统状态轨迹到达滑膜面的时间，在此基础上计算出系统状态轨迹在初始的状态到达滑膜面的界限和到达滑膜面后系统状态轨迹的界限；
基于李雅普诺夫函数稳定性原理，设计有限时间有界性模糊滑膜控制器，以保证重力式主动式网箱升降过程中的稳定性与快速性。
2.根据权利要求1所述的一种基于可达集估计的重力式主动式网箱升降滑膜控制方法，其特征在于，所述分析重力式主动式网箱升降的运动原理，建立深水网箱升降的奇异非线性系统方程，并将其表达为T-S的模糊模型的步骤具体为：
步骤S11：将深水网箱近似为钢体，那么它的升降运动方程，如公式(1)所示：
式中，M(V)表示网箱质量矩阵，V表示网箱速度矩阵；当网箱在注水过程中，网箱的质量发生变化，使得网箱的重力与浮力不再平衡，注水越多就越不平衡，这时网箱下降的速度也不同，因此将网箱的质量关联到速度V；C(V)矩阵表示为移动网箱固有质量产生的科氏力、向心力及其力矩和网箱在海水环境由于附加质量而产生的科氏力、向心力及其力矩的合成；D(V)是移动网箱运动受到的水动力阻尼矩阵；G是网箱固有重力和固有浮力及相互作用合力矩构成的向量；τ是网箱受到力和力矩向量；
步骤S12：定义E(h)＝M(V)，A(μ)＝D(V)，B＝D＝I，I是单位矩阵，ω(t)＝C(V)+G，u(t)＝τ,建立深水网箱升降的奇异非线性系统方程，并将其表达为T-S的模糊模型为：
其中，E(h)是非奇异的矩阵，并且满足其中ζ(t)＝V是模糊系统的前件变量；Al是线性化的系统矩阵，re和r分别代表左侧和右侧的推理规则数；x(t)、u(t)、ω(t)分别表示系统状态、控制输入和外部干扰；Es表示奇异系统矩阵；hs[ζ(t)]和μl[ζ)t)]是归一化隶属函数，它们满足以下条件：
其中hsφ[ζφ(t)]和μlφ[ζφ(t)]是隶属度；定义hs：＝hs[ζ(t)]和μl：＝μl[ζ(t)]来简化叙述；其中g表示模糊成员的个数；
仅考虑在时间间隔[t1，t2]内起作用的范数有界的平方可积的扰动类别，其定义如下：
其中，δ是一个正标量；ω(s)表示扰动；L2表示时间集合；
接着将有限时间有界的定义扩展到模糊奇异系统公式(2)，对于时间间隔[t1，t2]，两个标量c1,c2满足于0＜c1＜c2，并且对称矩阵R＞0；如果模糊奇异系统公式(2)对于u(t)＝0是的FTB，则满足以下不等式：
对于所有都有
3.根据权利要求1所述的一种基于可达集估计的重力式主动式网箱升降滑膜控制方法，其特征在于，所述给出模糊滑膜控制器设计升降控制系统状态轨迹到达滑膜面的时间，在此基础上计算出系统状态轨迹在初始的状态到达滑膜面的界限和到达滑膜面后系统状态轨迹的界限的步骤具体为：
步骤S21：首先通过使用奇异冗余方法，将导数矩阵公式(2)中T-S模糊模型重新线性表达如下：
其中，
选择李雅普诺夫矩阵如下：
式中，则nx代表矩阵的阶数；
步骤S22：基于模糊奇异系统公式(4)，构造积分型滑膜面函数如下：
其中，是指定的矩阵来确保是非奇异矩阵,Kl是要设计的模糊控制器增益。
4.根据权利要求1所述的一种基于可达集估计的重力式主动式网箱升降滑膜控制方法，其特征在于，所述基于李雅普诺夫函数稳定性原理，设计有限时间有界性模糊滑膜控制器，以保证重力式主动式网箱升降过程中的稳定性与快速性的步骤具体为：
步骤S31：基于滑膜面函数公式(6)，设计一个模糊滑膜控制器u(t)，它可以在有限的时间T*≤T内，将模糊奇异系统公式(4)的系统轨迹驱动到滑动面函数s(t)＝0上；考虑模糊奇异系统公式(4)，对于指定的有限时间T，能够使模糊滑膜控制器在有限时间T*≤T内满足滑动表面函数(6)的可达性：
u(t)＝ub(t)+uc(t)；(7)
并且，
其中，||ω(t)||代表矩阵的范数，是一个正标量，并满足sgn(s(t))表示函数s(t)开关符号；基于公式(6)-(8)，得到：
定义V1(t)为能量函数，并满足以下：
则有：
并且：
其中，V1(0)为能量函数的初始值；
此外，由式(10)得到：
其中，s(0)表示滑动面函数s(t)的初始值；
将公式(13)代入公式(12)得到：
其中，表示状态变量的初始值。
从公式(8)中有：
T*≤T；(15)
因此，模糊滑膜控制器公式(7)能够在有限的时间T*≤T内将模糊奇异模型公式(4)的系统轨迹...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪星一，钟智雄，张祖昌，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：福建;35
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