【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人船控制，尤其涉及一种基于t-s模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法。
技术介绍
1、海洋是地球上最重要的资源宝库，对人类生存和可持续发展具有重大战略意义，同时也是各个国家之间竞争与合作的重要领域。由于无人船具有小巧、智能、低成本等特性，其逐渐成为人类探索和开发海洋的关键工具，同时在军事和民用领域发挥出重要作用。
2、无人船的动力定位问题主要涉及到两个方面：抵抗外部干扰和保持目标船位。由于无人船在水面上航行会受到各种外力因素的影响，其动力定位问题更具挑战性。即使关闭了动力系统，无人船也可能会受到水流、风力等持续的外力作用而漂走。此外，如果只依赖人工操控来控制动力系统和转舵机构，不仅需要花费大量的精力，还可能因为操控不当而导致无人船失控。因此，研究和开发一种基于智能控制的无人船动力定位方法及系统是至关重要的。
3、目前，在无人船动力定位控制方面，已有学者提出了许多可行的控制方法，但现有控制方法仍存在以下问题：
4、第一，在使用t-s模糊系统对无人船进行建模时忽略仿射项和不确定项，这会使系统建模精度降低、鲁棒性降低，当无人船动力学系统受到复杂气流和极端天气带来的外部干扰的情况下，控制效果会大打折扣。
5、第二，现有的模糊静态滑模动力定位控制器的结果基本上都是基于一个共同的二次lyapunov函数推导出来的，该结果趋于保守，无法精确的调整无人船的动力输出，不能适应不断变化的环境条件，从而会影响无人船整体控制效果。
技术实现思路>
1、本专利技术提供一种基于t-s模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法，以克服上述技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种基于t-s模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法，包括如下步骤：
4、s1：建立考虑无人船动力学系统受到外部干扰的情况下的无人船运动数学模型，所述无人船运动数学模型包括无人船的动力学模型和无人船的运动学模型；
5、s2：根据所述无人船运动数学模型，建立与所述无人船运动数学模型对应的t-s模糊分段仿射模型；
6、s3：根据所述t-s模糊分段仿射模型，构造滑模面，建立完整滑模动力系统，以获取滑动面增益；
7、s4：根据所述滑模面增益，获取模糊输出反馈动态滑模控制器，以对无人船的动力定位系统进行控制。
8、进一步的，所述s4中，所述模糊输出反馈动态滑模控制器获取如下：
9、
10、式中：η表示给定标量；为中间计算参数；sgn()为符号函数；表示全部仿射模型索引值；o表示仿射模型索引值总数；μl表示x3(t)对第l个仿射模型隶属度值；bl表示第l个仿射模型控制输入的参数矩阵；k表示滑模面增益；u(t)表示控制输入，s(t)表示滑模面。
11、进一步的，所述s1中，无人船动力学模型建立如下：
12、
13、无人船的运动学模型建立如下：
14、
15、于是无人船运动数学模型表示为：
16、
17、其中，m代表惯性矩阵；v(t)＝[ρ(t)υ(t)r(t)]t，其中，ρ(t)代表无人船的纵荡速度，υ(t)代表无人船的横荡速度，r(t)代表无人船的艏摇角速度；n代表阻尼矩阵；g代表系泊力矩阵；其中，χ(t)代表无人船的横坐标，λ(t)代表无人船的纵坐标，ψ(t)代表无人船的艏向角；u(t)表示控制输入，u(t)＝[u1(t)u2(t)u3(t)]t，其中，u1(t)为纵向输入力矩，u2(t)为横向输入力矩，u3(t)为偏航力矩；ω(t)为外部扰动；ω(·)表示旋转矩阵；a＝-m-1n表示与无人船的位置相关的状态参数矩阵；b＝-m-1g表示与无人船的速度相关的状态参数矩阵；d＝m-1表示参数矩阵；表示v(t)的一阶导数；m-1表示m的逆矩阵运算。
18、进一步的，所述s2中，所述t-s模糊分段仿射模型建立如下：
19、
20、式中：令x(t)＝[χ(t) λ(t) ψ(t) ρ(t) υ(t) r(t)]t表示状态变量；ai表示前提变量第i个空间分区的分段仿射模型状态参数矩阵；△ai表示ai的不确定项；ai表示前提变量第i个空间分区的分段仿射模型仿射项；△ai表示ai的不确定项；bi表示前提变量第i个空间分区的分段仿射模型控制输入的参数矩阵；△bi表示bi的不确定项；di表示前提变量第i个空间分区的分段仿射模型外部扰动参数矩阵；li表示前提变量第i个空间分区的分段模型调节输出状态参数矩阵；ni表示前提变量第i个空间分区的分段仿射模型调节输出输入参数矩阵；x3(t)表示可测量的前提变量；∑i表示第i个前提变量空间分区；是区域索引的集合，其中表示包含原点的区域索引集合，表示不包含原点的区域索引集合；u(t)表示控制输入；y(t)表示系统测量输出；c表示仿射模型控制输出状态参数矩阵；z(t)表示调节输出；
21、其中：
22、
23、其中，
24、式中：m表示仿射模型索引值；κ(i)表示第i个前提变量空间分区∑i中的插值内使用的局部模型的索引；:＝表示相当于；μm表示隶属度值；am表示第m个仿射模型状态参数矩阵；δam表示am的不确定项；am表示第m个仿射模型仿射项；δam表示am的不确定项；bm表示第m个仿射模型控制输入的参数矩阵；δbm表示bm的不确定项；dm表示第m个仿射模型外部扰动参数矩阵；lm表示第m个仿射模型调节输出状态参数矩阵；nm表示第m个仿射模型调节输出输入参数矩阵。
25、进一步的，所述完整换动力系统建立如下：
26、首先，构造滑模面；
27、s(t)＝ky(t)+u(t)＝0 (7)
28、其中：k为滑模面增益；s(t)表示滑模面；u(t)表示控制输入；
29、则u(t)＝-kcx(t)，
30、于是，完整滑模动力系统表示为：
31、
32、其中：
33、
34、式中：e表示滑模动力系统状态导数参数矩阵；表示滑模动力系统状态导数；表示前提变量第i个空间分区的滑模动力系统状态参数矩阵；表示的不确定项；表示滑模动力系统状态；表示前提变量第i个空间分区的滑模动力系统仿射项；表示的不确定项；表示前提变量第i个空间分区的滑模动力系统扰动参数矩阵；表示前提变量第i个空间分区的滑模动力系统调节输出状态参数矩阵；表示为与x(t)同维度的单位矩阵；i表示单位矩阵。
35、有益效果：本专利技术的一种基于t-s模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法，建立了考虑无人船动力学系统受到复杂气流和极端天气带来的外部干扰的情况下的无人船运动数学模型，以及建立了与其对应的t-s模糊分段仿射模型；基于t-s模糊分段仿射模型构造滑模面，建立了完整滑模动力系统，获取滑动面增益，进而获取模糊输出反馈动态滑模控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于T-S模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于T-S模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法，其特征在于，所述S4中，所述模糊输出反馈动态滑模控制器获取如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于T-S模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法，其特征在于，所述S1中，无人船动力学模型建立如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于T-S模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法，其特征在于，所述S2中，所述T-S模糊分段仿射模型建立如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于T-S模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法，其特征在于，所述完整滑模动力系统建立如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于t-s模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于t-s模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法，其特征在于，所述s4中，所述模糊输出反馈动态滑模控制器获取如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于t-s模糊分段模型的动态滑模无人船动力定位方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：王安青，辛明，刘陆，韩冰，古楠，王浩亮，彭周华，王丹，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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