【技术实现步骤摘要】
一种基于tube的无人船模型预测容错控制方法
[0001]本专利技术涉及无人船舶动力定位控制
，具体而言，尤其涉及一种基于tube的无人船模型预测容错控制方法。
技术介绍
[0002]海洋无人船动力定位(DP)系统是指利用主动推进器使载具保持固定位置和航向的功能系统。随着DP技术的日益成熟，被广泛安装在海上服务船舶和其他生产平台上，用于钻井、采矿采样、环境感知、锚处理等作业。DP系统的性能和可靠性越来越受到研究人员的重视。由于推进器通常是有部分裸露在海面上工作的，当它长时间运行时，可能会发生突发性故障，导致DP性能下降，甚至工作船舶的任务失败。因此，容错控制方法被开发出来，以提高系统对故障的弹性。滑模控制不依赖于故障检测模块，积分滑模控制通过在滑动面上引入积分器，使系统在开始时状态就能维持在滑模面上，从而消除了到达阶段，增强了系统的鲁棒性。因此，积分滑模容错方法在理论和工程应用方面的研究已经比较成熟。例如，Hao L Y等人提出了一种基于输出反馈的信号量化积分滑模容错控制策略。在现有的研究成果中，可以采用基于满秩分解和...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于tube的无人船模型预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：基于状态和输入约束条件、推进器故障模型及海洋扰动，构建无人船DP系统动力学模型；S2：根据无人船DP系统动力学模型的状态设计积分滑模面，通过自适应估计方法对无人船DP系统动力学模型中包含的未知参数设计自适应估计律；S3：根据积分滑模面的定义建立存在由推进器故障因子造成的乘性不确定性的等效滑模动态；S4：对等效滑模动态进行离散化处理获得离散系统，将该离散系统拆分为标称部分和不确定部分,设计包含故障不确定性的tube，并将tube截面参数作为决策变量，从而在线更新tube截面的大小和形状，并根据标称部分的终端集设计状态不变集；S5：设计基于tube的模型预测控制器，并证明模型预测控制器中优化问题的可行性及离散系统的稳定性；S6：基于模型预测控制器设计积分滑模容错控制器，并证明无人船DP系统的渐近稳定性。2.根据权利要求1所述的基于tube的模型预测容错控制方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程如下：S11：定义无人船的参考状态为x
ref
，误差状态为x(t)；S12、建立统一的推进器故障模型，包含推进器失效、中断和卡死三种故障模式，其形式为u
F
(t)＝ρu0(t)+σu
s
(t)其中，ρ为正定对角矩阵，表示失效因子，每个元素的范围为[0,1]；σ为卡死故障因子，其值为0或1；u
s
(t)表示卡死故障；u0(t)为系统的控制输入；S13、定义无人船DP系统误差状态的限制为x∈χ，推力输入限制为u0∈U，其中，集合χ和U为包含原点的紧集；S14、定义无人船DP系统受到的风、浪、涌流的海洋扰动为d(t)，被调输出z(t)，则带有推进器故障、海洋扰动及约束的无人船DP控制系统表示为其中，3.根据权利要求1或2所述的基于tube的模型预测容错控制方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程如下：S21、基于满秩分解技术将输入矩阵B分解为B＝B
v
M其中，且秩都为l，满足l＜m；S22、设计积分滑模面如下：
其中，投影矩阵G满足GB
v
＝I
l
，即S23、推进器失效因子的估计值根据以下投影定理更新：其中，Γ＝
‑
γ
1ι
||α(x)||||M
ι
||||u
ι
||，Proj{
·
}为投影算子；S24、设计参数μ0,σ
ι
,的自适应估计律如下：的自适应估计律如下：的自适应估计律如下：的自适应估计律如下：其中，γ,γ
1ι
，γ
2ι
,γ
3ι
,γ
4ι
为由实际情况决定的自适应增益；S25、定义自适应估计误差：由于参数μ0,σ
ι
,u
si
,d
ι
的导数都为零，则误差系统定义为：4.根据权利要求1或2所述的基于tube的模型预测容错控制方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程如下：S31、根据S22步骤所设计的积分滑模面，对其求导得S32、根据S21步骤中满秩分解技术，等式GB＝M以及滑模面定义可求得等效控制律将其带回到系统状态方程可得等效滑模动态：5.根据权利要求4所述的基于tub...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝立颖，吴志杰，沈超，曹玉墀，王润芝，张鹏媛，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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