一种液化气船液舱绝缘层压差的非线性正反馈控制方法技术

本发明专利技术公开了一种液化气船液舱绝缘层压差的非线性正反馈控制方法，包括步骤一、构建液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统，通过镜像映射方法将液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统映射为液化气船液舱绝缘层压差稳定系统，步骤二、基于闭环增益成形算法设计鲁棒控制器，步骤三、设计非线性函数，获取鲁棒控制器的输出，通过非线性函数和鲁棒控制器的输出对鲁棒控制器进行约束，步骤四、分别获取正反馈状态下、负反馈状态下的传递函数，根据正反馈状态下的传递函数与负反馈状态下的传递函数的关系以及约束后的鲁棒控制器设计正反馈控制器，根据正反馈控制器对液化气船液舱绝缘层压差稳定系统进行控制。提升了液化气船绝缘层压差的控制精度和可靠性。的控制精度和可靠性。的控制精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种液化气船液舱绝缘层压差的非线性正反馈控制方法


[0001]本专利技术涉及液化天然气船液舱绝缘层压差控制领域，尤其涉及一种液化气船液舱绝缘层压差的非线性正反馈控制方法。

技术介绍

[0002]液化天然气船是用来运输超低温(
‑
163℃)液化天然气(LNG)的特种船。薄膜型液化天然气船为了保持液货舱(液舱)内的超低温设有主次两个绝缘层。为防止发生液货舱内液货泄漏入绝缘层空间，主次层绝缘空间内部需要注入氮气，以维持其内部的惰化状态，其内部的惰化状态可以有效地防止爆炸事故发生，确保船舶安全性。但是，氮气比较昂贵，如何有效控制氮气流失量，节约氮资源是一个需要考虑的重要问题，一个有效的手段就是控制绝缘层空间的压差，而目前主要采用线性负反馈对压差进行控制，控制精度低。
[0003]常规的反馈控制就是将输出与设定值的误差经滤波处理后直接反馈给控制器，本质上是线性的负反馈控制，控制系统设计更注重如何改进控制律本身以提升系统的性能。随着计算机、数学、控制理论的发展，控制律的设计水平也不断提升，但在逐渐趋近饱和，再改进控制律所能提升的系统性能逐渐减小，而且控制律本身及设计过程越来越复杂，这使得我们有机会回头再重新关注反馈信号这一部分，如果能将线性反馈变成非线性反馈，最后使得系统性能得到改善，这就是2011年非线性反馈算法产生到2020年成熟变成理论的根本原因。正反馈与负反馈的概念一起产生，但因负反馈物理意义清晰，控制系统中都是约定俗成地使用负反馈，正反馈在经济、教育、优化算法和发电等领域有所应用，在船舶控制领域少有研究报导对正反馈进行应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种液化气船液舱绝缘层压差的非线性正反馈控制方法，以克服上述技术问题。
[0005]一种液化气船液舱绝缘层压差的非线性正反馈控制方法，包括，
[0006]步骤一、构建液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统，通过镜像映射方法将液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统映射为液化气船液舱绝缘层压差稳定系统，
[0007]步骤二、基于闭环增益成形算法设计鲁棒控制器，
[0008]步骤三、设计非线性函数，获取鲁棒控制器的输出，通过非线性函数和鲁棒控制器的输出对鲁棒控制器进行约束，
[0009]步骤四、根据液化气船液舱绝缘层压差稳定系统分别获取正反馈状态下、负反馈状态下的传递函数，根据正反馈状态下的传递函数与负反馈状态下的传递函数的关系以及约束后的鲁棒控制器设计正反馈控制器，根据正反馈控制器对液化气船液舱绝缘层压差稳定系统进行控制。
[0010]优选地，所述通过镜像映射方法将液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统映射为液化气船液舱绝缘层压差稳定系统为根据公式(1)构建液化气船液舱绝缘层压差不稳定系
统，根据公式(2)将液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统映射为液化气船液舱绝缘层压差稳定系统，
[0011][0012][0013]其中，K0，T0分别为比例常数与时间常数，G0(s)为液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统，G(s)为液化气船液舱绝缘层压差稳定系统，s为时间。
[0014]优选地，所述基于闭环增益成形算法设计鲁棒控制器包括根据公式(3)得到鲁棒控制器，
[0015][0016]其中，T1为时间常数，其值约等于液化气船液舱绝缘层压差稳定系统中带宽频率的倒数，K为鲁棒控制器。
[0017]优选地，所述非线性函数为S函数，S函数根据公式(4)表示，
[0018]S＝(1
‑
exp(
‑
1.5u
′
))/(1+exp(
‑
1.5u
′
))
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0019]其中，u
′
为鲁棒控制器的输出。
[0020]优选地，所述通过非线性函数和鲁棒控制器的输出对鲁棒控制器进行约束为根据公式(5)对鲁棒控制器进行约束，
[0021][0022]其中，e为误差，u为u'与K的乘积。
[0023]本专利技术提供一种液化气船液舱绝缘层压差的非线性正反馈控制方法，通过镜像映射方法获取液化气船液舱绝缘层压差的稳定系统，基于闭环增益成形算法设计鲁棒控制器，并通过非线性函数对鲁棒控制器进行约束，根据约束后的输出对稳定系统进行控制，提升了液化气船绝缘层压差的控制精度。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本专利技术方法流程图；
[0026]图2是本专利技术液舱绝缘层压力控制系统的整体结构图；
[0027]图3是本专利技术控制系统的仿真框图；
[0028]图4是本专利技术在没有系统摄动时的系统输出结果图；
[0029]图5a是本专利技术在存在模型摄动时控制器的输出结果；
[0030]图5b是本专利技术在存在模型摄动时系统的输出结果图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]图1为本专利技术方法流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：
[0033]步骤一、构建液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统，通过镜像映射方法将液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统映射为液化气船液舱绝缘层压差稳定系统，
[0034]步骤二、基于闭环增益成形算法设计鲁棒控制器，
[0035]步骤三、设计非线性函数，获取鲁棒控制器的输出，通过非线性函数和鲁棒控制器的输出对鲁棒控制器进行约束，
[0036]步骤四、根据液化气船液舱绝缘层压差稳定系统分别获取正反馈状态下、负反馈状态下的传递函数，根据正反馈状态下的传递函数与负反馈状态下的传递函数的关系以及鲁棒控制器设计正反馈控制器，根据正反馈控制器对液化气船液舱绝缘层压差稳定系统进行控制。
[0037]基于上述方案，通过镜像映射方法获取液化气船液舱绝缘层压差的稳定系统，基于闭环增益成形算法设计鲁棒控制器，并通过非线性函数对鲁棒控制器进行约束，根据约束后的输出对稳定系统进行控制，提升了液化气船绝缘层差的控制精度和可靠度。
[0038]建立LNG船绝缘层空间压力控制数学模型，为维持一定的液舱绝缘层压力，需要消耗很多氮气。压力由液舱氮气系统来进行自动控制，如式(1)所示。公式1是数学模型，构建了绝缘层压差和进气流量的数学关系。
[0039][0040]式中，P
e
为主次绝缘层压力差，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液化气船液舱绝缘层压差的非线性正反馈控制方法，其特征在于，包括，步骤一、构建液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统，通过镜像映射方法将液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统映射为液化气船液舱绝缘层压差稳定系统，步骤二、基于闭环增益成形算法设计鲁棒控制器，步骤三、设计非线性函数，获取鲁棒控制器的输出，通过非线性函数和鲁棒控制器的输出对鲁棒控制器进行约束，步骤四、根据液化气船液舱绝缘层压差稳定系统分别获取正反馈状态下、负反馈状态下的传递函数，根据正反馈状态下的传递函数与负反馈状态下的传递函数的关系以及约束后的鲁棒控制器设计正反馈控制器，根据正反馈控制器对液化气船液舱绝缘层压差稳定系统进行控制。2.根据权利要求1所述的一种液化气船液舱绝缘层压差的非线性正反馈控制方法，其特征在于，所述通过镜像映射方法将液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统映射为液化气船液舱绝缘层压差稳定系统为根据公式(1)构建液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统，根据公式(2)将液化气船液舱绝缘层压差不稳定系统映射为液化气船液舱绝缘层压差稳定系统，统，其中，K0，T0分别为比例常数与时间常数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张显库，尚翀，范佳明，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：