一種基于解析模型預測控制設計的船舶舵減搖方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于船舶工程、控制科學與控制工程領域，涉及一種基于解析模型預測控制設計的船舶舵減搖方法。本發(fā)明包括：獲取控制對象的各項系數(shù)；采集橫搖角信號；獲取橫搖角速度信號；設定控制器參數(shù)初值。本發(fā)明充分利用了不確定項的有界性，結合解析模型預測控制，有效解決了舵減搖控制系統(tǒng)的參數(shù)不確定性問題，所提供的方法相比其他方法，在減搖效率上得到了提高。本發(fā)明結構簡單，易于實現(xiàn)，能很好滿足實際工程應用的需要。
【專利說明】一種基于解析模型預測控制設計的船舶舵減搖方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶工程、控制科學與控制工程領域，涉及一種基于解析模型預測控制設計的船舶舵減搖方法。
【背景技術】
[0002]由于船舶橫搖運動阻尼很小，使得船舶在風浪中會產(chǎn)生劇烈的橫搖，過大的橫搖會對船舶航行性能和安全性帶來很大的影響，為保證船舶在復雜海況安全航行，舵減橫搖技術作為一種新型控制思想，近年來在國內(nèi)外受到了極大的關注，而且用舵來進行減搖裝置的設計，簡單方便，價格低廉，因此，舵減搖技術是船舶運動控制領域中一個重要研究課題。
[0003]目前對于舵減橫搖系統(tǒng)的控制，國內(nèi)外都有一定的研究，但尚未發(fā)現(xiàn)應用解析模型預測控制進行舵減搖設計的文獻和專利成果。
[0004]由于船舶運動本質(zhì)上是非線性的，從船舶運動環(huán)境和自身運動特征可知，其精確的數(shù)學模型難以得到，造成模型參數(shù)具有不確定性，因而，船舶舵減橫搖控制器應該基于非線性控制理論來設計，且必須具有對模型參數(shù)攝動的魯棒性。船舶舵減橫搖控制要求在非線性模型具有參數(shù)不確定前提下對海浪引起的橫搖運動抑制，舵減橫搖搖控制器設計必須滿足對模型參數(shù)攝動的魯棒性。但傳統(tǒng)PID，LQG控制算法，不能有效處理模型非線性和參數(shù)不確定性問題。解析模型預測控制是針對非線性模型提出的，具有易于建模、響應迅速、控制性能較好、魯棒性強和邏輯結構簡單等特點，但目前解析模型預測控制在大多情況下，只解決確定性標稱系統(tǒng)的控制問題，為此針對非線性系統(tǒng)模型參數(shù)不確定性問題，提出一種改進解析模型預測控制方法。首先，將其重定義成帶有不確定項標稱系統(tǒng)模型，基于解析模型預測控制理論對重定義標稱模型進行理論推導，得到含有不確定項的控制律。由于控制規(guī)律有界，取其邊界值，從理論推導上消除了控制器中的不確定項，有效的解決了模型中的參數(shù)不確定性問題。
[0005]船舶舵減橫搖控制系統(tǒng)僅能測量船舶橫搖角，應用解析模型預測控制方法時須引入狀態(tài)觀測器以獲得控制器需要的橫搖角速率信息。相比其他觀測器，高增益觀測器的穩(wěn)定性和精度有理論保證，計算簡便參數(shù)少，參數(shù)一旦選定，無需調(diào)整。由于高增益觀測器設計過程中部分函數(shù)需滿足局部李普希茲條件，這樣舵減橫搖控制最終需給出其滿足設計高增益觀測器所需條件，本文證明給出其需要滿足條件的詳細證明，為其應用提供依據(jù)。該方案無需狀態(tài)可測，通過狀態(tài)觀測器直接獲得觀測值，解決了橫搖角速度不可測問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供能夠有效抑制模型的參數(shù)攝動的基于解析模型預測控制設計的船舶舵減搖方法。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0008]基于解析模型預測控制設計的船舶舵減搖方法包括:[0009](I)獲取控制對象的各項系數(shù)，包括a1; a2，a3，a4，b及相對應的由航速及橫穩(wěn)性高度變化引起的不確定項的邊界值Hii (i = 1,2, 3，4)，bi，控制對象為:
【權利要求】
1.一種基于解析模型預測控制設計的船舶舵減搖方法，其特征在于: (1)獲取控制對象的各項系數(shù)，包括a1;a2，a3，a4，b及相對應的由航速及橫穩(wěn)性高度變化引起的不確定項的邊界值HiiQ = I, 2, 3，4), Id1,控制對象為:

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于解析模型預測控制設計的船舶舵減搖方法，其特征在于:所述的預測控制器初值設定，預測周期T1 = 60s，控制階次I = 4，觀測器參數(shù)Θ =.3，控制器參數(shù) kQ = 0.05，Ii1 = 0.375。
【文檔編號】B63B39/00GK103935480SQ201410105375
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權日:2014年5月26日
【發(fā)明者】彭秀艷, 賈書麗, 孫濤, 王顯峰, 孫宏放 申請人:哈爾濱工程大學