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专利号: 2019101383140
申请人: 曲阜师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

获取海面全驱动船舶系统动态模型;

接收用户设定的期望目标轨迹和输出约束条件,其中,所述输出约束条件包括轨迹误差和船舶横荡速度误差;

根据所述输出约束条件和全驱动船舶系统动态模型,计算船舶控制参数并输出至船舶控制系统;

船舶控制输入参数的计算公式为:

其中, τ表示系统的控制输入向量,Ji(z1)表示非奇异转换矩阵J

3×3

(z1)的第i行,是不确定常数向量θ的在线估计,其中γ∈R 为正定对称矩阵;z1表示状态T T

运动轨迹,e1=[e11,e12,e13] =z1‑ηd表示轨迹误差,z2表示横档速度,e2=[e21,e22,e23] =z2‑μ表示船舶横荡速度误差; 为退化矩阵,σ(i)为自定义的符号函数;ai,bi,i=

1,2,3为设定的轨迹误差,满足:‑b1≤x(t)‑xd(t)≤a1,‑b2≤y(t)‑yd(t)≤a2,‑b3≤ψ(t)‑ψd(t)≤a3,其中,x(t)、y(t)和ψ(t)分别表示状态运动轨迹中t时刻的船舶在大地坐标系下的横纵坐标和艏摇角,xd(t)、yd(t)和ψd(t)分别表示目标轨迹中t时刻的船舶在大地坐标系下的横纵坐标和艏摇角;自适应律估计为:其中,Γ为正定对称矩阵。

2.如权利要求1所述的一种带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法,其特征在于,计算船舶控制参数前,还接收用户设定的初始化参数,所述初始化参数包括:船舶在大地坐标系下的位置坐标和艏摇角、船舶的纵向速度,横荡速度以及艏摇角速度。

3.如权利要求2所述的一种带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法,其特征在于,所述海面全驱动船舶系统动态模型为:T T T

其中向量η=[η1,η2,η3]=[x,y,ψ] ,v=[v1,v2,v3]=[u,υ,r] ,(x,y)和ψ分别表示船舶在大地坐标系下的位置坐标和艏摇角,u,υ,r分别代表船舶的纵向速度,横荡速度以及艏摇角速度,J(ψ)是非奇异的转换矩阵,τ表示系统的控制输入向量,M是正定对称惯性矩阵,C(v)是中心和哥氏力矩矩阵,D(v)是阻尼矩阵,g(η)是由重力、洋流和浮流所造成的恢复力矩向量。

4.如权利要求1所述的一种带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法,其特征在于,设定的所述轨迹误差包括船舶的位置坐标和艏摇角误差。

5.一种带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制系统,其特征在于,包括:模型获取模块,获取海面全驱动船舶系统动态模型;

参数自定义模块,接收用户设定的期望目标轨迹和输出约束条件,其中,所述输出约束条件包括轨迹误差和船舶横荡速度误差;

控制参数求解模块,根据所述输出约束条件和全驱动船舶系统动态模型,计算船舶控制参数并输出至船舶控制系统;

船舶控制输入参数的计算公式为:

其中, τ表示系统的控制输入向量,Ji(z1)表示非奇异转换矩阵J

3×3

(z1)的第i行,是不确定常数向量θ的在线估计,其中γ∈R 为正定对称矩阵;z1表示状态T T

运动轨迹,e1=[e11,e12,e13] =z1‑ηd表示轨迹误差,z2表示横档速度,e2=[e21,e22,e23] =z2‑μ表示船舶横荡速度误差; 为退化矩阵,σ(i)为自定义的符号函数;ai,bi,i=

1,2,3为设定的轨迹误差,满足:‑b1≤x(t)‑xd(t)≤a1,‑b2≤y(t)‑yd(t)≤a2,‑b3≤ψ(t)‑ψd(t)≤a3,其中,x(t)、y(t)和ψ(t)分别表示状态运动轨迹中t时刻的船舶在大地坐标系下的横纵坐标和艏摇角,xd(t)、yd(t)和ψd(t)分别表示目标轨迹中t时刻的船舶在大地坐标系下的横纵坐标和艏摇角;自适应律估计为:其中,Γ为正定对称矩阵。

6.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1‑4任一项所述的带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法。

7.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1‑4任一项所述的带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法。

8.一种控制器,用于船舶系统,其特征在于,执行如权利要求1‑4任一项所述的带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法。