【技术实现步骤摘要】
基于推力分配优化矩阵的船舶轨迹跟踪控制方法
[0001]本专利技术属于船舶运动控制
。
技术介绍
[0002]随着世界经济的不断发展，陆地资源面临日益枯竭的危险，由于海洋中蕴藏着众多生物和矿产资源，是人类赖以生存的资源宝库，因此海洋资源和海底矿藏逐渐成为开发的重点
。
随着向海洋勘探和海洋能源开发需求的增加，发展海洋装备以便更好维护海洋权益，同时控制海洋空间和开发海洋资源变得尤为重要
。
相比于只装备了传统锚泊系统的船舶来讲，动力定位船具有机动性强
、
定位精度高等明显优势，同时动力定位船的定位成本不会随着水位的变深而增加，同时也能够避免锚泊对于海床的破坏性影响
。
随着海洋工程作业种类和数目的不断增多，动力定位船已经被广泛的应用于完成更复杂或者大型的海洋作业任务
。
[0003]现有的大多动力定位船轨迹跟踪系统的性能问题主要表现为确保系统的跟踪误差能够收敛到一个有界集内，即保证系统的稳态性能，却忽略了瞬态性能对系统的影响
。
然而，当动力定位船完成某些特种作业任务时，过大的瞬态超调量不仅会降低船舶的作业效率，同时也可能导致船舶与平台或其它船舶发生碰撞，影响船舶作业的安全性
。
此外在动力定位船实际应用中，不考虑复杂推力分配方法的情况下，部分推进器可能因为推进系统的推力分配不均衡而早早达到饱和
。
输入饱和可能会降低系统性能，无法实现对参考轨迹的实时精确跟踪，甚至导致系统不稳...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
基于推力分配优化矩阵的船舶轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在轨迹跟踪误差的性能边界约束条件下定义中间误差变量
S
：其中，为
η
e
的一阶导数，
η
e
为轨迹跟踪误差，
β
为光滑有界变量；步骤二：根据中间误差变量
S
建立推进器的自适应控制器：
u
c
＝
‑
r(t)T
T
R
T
(
ψ
)S
，其中，
u
c
为推进器的期望控制信号，
T
为推进器的配置矩阵，
R(
ψ
)
为北东坐标系和船体坐标系之间的转换矩阵，标系之间的转换矩阵，和分别为
λ
和
ρ
的估计值，
λ
＝
1/
δ
，
δ
为矩阵
TT
T
的最小特征值相关量，
ρ
＝
λω
max
，
ω
max
为船舶所受海洋环境干扰的最大值，为大于零的设计参数，
c1、c2、l2均为控制增益，
N
σ
＝
diag[n
σ1,n
σ2,n
σ3]
，，和
σ
i
分别为
η
ei
上界和下界的时变预设性能函数，且表达式分别如下：界和下界的时变预设性能函数，且表达式分别如下：
i
＝
1,2,3
，和
σ
i0
分别为上界和下界时变预设性能函数的初始值，和
σ
i∞
分别为上界和下界时变预设性能函数的稳定值，
α
i
为决定收敛速度的参数，
t
为收敛时间；步骤三：构建推力分配优化矩阵
A
且该推力分配优化矩阵
A
符合其中表示
TA
的第
j
列，
j
＝
1,2,...,Q
，
A
＝
diag[a1,a2,...,a
Q
]
为正定矩阵且有
t
j
为
T
的第
j
列；步骤四：利用推力分配优化矩阵
A
对推进器的自适应控制器进行改进，获得推力分配优化控制器：其中，
u
r
为推进器的实际控制信号，
u
m
为推进器最大输出力矩；步骤五：利用推力分配优化控制器获得各台推力器的实际控制信号并分别对各推力器进行控制，实现船舶轨迹的跟踪控制
。2.
根据权利要求1所述的基于推力分配优化矩阵的船舶轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述轨迹跟踪误差
η
e
的表达式为：
η
e
＝
η
‑
η
d
，其中，
η
为船舶的实际轨迹，且有
η
＝
[x,y,
ψ
]
T
，
(x,y)
表示船舶实际位置坐标，
ψ
∈[0,2
π
]
为船舶实际艏向角，<...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鸣阳，齐耘艺，张卫东，谢文博，耿雄飞，张云飞，王海滨，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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