【技术实现步骤摘要】
基于非线性H?逆优化输出反馈控制器的船舶航向运动控制方法
本专利技术涉及的是一种船舶航向运动控制器结构。
技术介绍
为了保障船舶在海上航行的安全性、操纵性和经济性，航向控制是船舶控制领域中一个重要研究课题。船舶运动本质上是非线性的，且其动态特性取决于船型、船速、水深、负载、吃水等许多因素，这些因素造成船舶动态模型参数偏离于标称值。因而，船舶航向控制器应该基于非线性控制理论来设计，且必须具有对模型参数摄动的鲁棒性。许多先进控制算法如H C?控制、智能控制、自适应控制、变结构控制和反步控制等相继用于航向控制器的设计，取得了丰富研究成果。船舶航向控制系统仅能测量船舶航向角，应用状态反馈控制方法时须引入状态滤波器以获得控制器需要的航向角速率信息。此外，船舶航行于海洋，海浪是一种不可避免的环境干扰。高频的一阶海浪扰动频率位于船舶系统带宽之外或与之接近但在执行器带宽之内。这就意味着如果用舵机来补偿高频波浪扰动引起的船舶运动，将引起频繁的无效操舵而造成舵机的过度磨损和额外的能量消耗。因此，在测量信号中滤除海浪高频扰动，并在受到海浪有色噪声扰动的航向测量值中估计出状态反馈控制器需要的船舶低频运动状态(航向角、航向角速率等)，实现海浪滤波非常重要。现代高性能船舶控制系统为提高估计效果，常以成形滤波器来建模海浪扰动并采用扩张状态方法来进行状态估计。但成形滤波器不能完全拟合海浪扰动谱，且其参数往往不能精确获取。这样基于不精确成形滤波器和不确定性船舶运动模型设计的状态滤波器来实现海浪滤波时，最终表现为不确定的滤波误差。船舶航向控制要求航向精度、能耗和船速损失等综合权衡的最...
【技术保护点】
一种基于非线性H∞逆优化输出反馈控制器的船舶航向运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：?步骤一：执行器接收到指令航向，开始进行船舶航向运动控制；?步骤二：利用船载罗经实时测量舰船航向角，将航向角信息传输至船载计算机，利用船舶航向运动及海浪干扰滤波器估计出船舶舵作用产生的船舶航向角ψL的估计值船舶舵作用产生的船舶航向角速率rL的估计值由海浪扰动产生的高频航向角ξH的估计海浪扰动产生的高频航向角速率ψH的估计值及海浪低频扰动量n的估计值通过对高低频航向运动参数的辨识分离，从受海浪扰动的测量信号中重构了低频运动信号，实现海浪滤波；?所涉及的船舶航向运动及海浪干扰滤波器表达式为?式中，ξ=(ξHψH)T，ωn为遭遇频率，ζn表示附加阻尼，且有ζn∈[0.01,0.1]；为滤波误差，且有其中n3、n1为常数，对航向不稳定的船舶有n10；u=δ，T为追随性时间指数，K为舵增益系数，δ为控制舵角；k1∈R2，k2、k3、k4∈R为滤波增益系数，且满足k1=?2(ζi?ζn)ωcωn，k2=2(ζi?ζn)ωn,k3=ωc，其中ζi>ζn为陷波滤波阻尼，ωc>ωn为截止频率；Tn为偏移时间常数，Tn...
【技术特征摘要】
1.一种基于非线性H00逆优化输出反馈控制器的船舶航向运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:执行器接收到指令航向，开始进行船舶航向运动控制； 步骤二:利用船载罗经实时测量舰船航向角，将航向角信息传输至船载计算机，利用船舶航向运动及海浪干扰滤波器估计出船舶舵作用产生的船舶航向角的估计值^，船舶舵作用产生的船舶航向角速率IY的估计值&，由海浪扰动产生的高频航向角ξ H的估计I1，海浪扰动产生的高频航...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭秀艳，赵新华，胡忠辉，王显峰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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