动态抗饱和船舶减摇控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种动态抗饱和船舶减摇控制方法及系统，方法为：获得鳍执行器的幅度和速度饱和状态；根据鳍执行器的幅度和速度饱和状态，实现船舶的减摇控制：当鳍执行器未发生饱和时，对动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制；当鳍执行器发生饱和时，对动态抗饱和控制器进行修正优化，通过无约束鲁棒控制器重新进行鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至鳍执行器未发生饱和，对动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制。本发明专利技术当船舶减摇鳍系统执行器发生幅度与速率饱和工况时，无约束鲁棒动态输出反馈控制器和动态抗饱和控制器联合作用，降低了鳍角饱和率，保证了系统减摇性能及鲁棒性。

Dynamic anti windup ship roll stabilization control method and system

The invention provides a dynamic anti windup ship fin control method and system method to obtain fin actuator amplitude and rate saturation; according to the fin actuator amplitude and rate saturation, the realization of the ship anti roll control: when the fin actuator does not occur when saturated, the dynamic anti windup controller design, drive fin rotation, complete anti roll control; when the fin actuator saturation, the dynamic anti windup controller is modified by unconstrained optimization, robust controller to fin actuator amplitude and velocity saturation condition judgment until fin actuator saturation does not occur, the dynamic anti windup controller design, drive fin rotation, complete anti roll control. When the ship fin system actuator amplitude and rate saturation condition, unconstrained robust dynamic output feedback controller and a dynamic anti windup controller combined effect, reduce the saturation rate of fin angle, to ensure the system stabilization performance and robustness.

【技术实现步骤摘要】
动态抗饱和船舶减摇控制方法及系统
本专利技术涉及船舶运动姿态控制
，尤其涉及动态抗饱和船舶减摇控制方法及系统。
技术介绍
船舶航行时横摇阻尼较小，在风浪中会产生剧烈的横摇运动。船舶的横摇运动将产生诸多不利影响，严重的横摇运动将导致舰载设备不能正常工作，使船上货物受到损坏，甚至危及船舶的航行安全；横摇还会使船员感到不适，降低船员的工作效率；对于军舰来说，横摇还会影响到武备系统的使用命中率等等。船舶减摇鳍被公认为是最为有效的主动控制式减横摇装置。当船舶航行在风浪较大的海上时，会产生剧烈的横摇运动，使得鳍执行器经常工作于饱和状态。目前工程中设计减摇鳍系统控制律时，并没有特别的针对这种饱和状况进行设计，故在高海情下减摇效果是不理想的，甚至使得系统运行不稳定，实质上此时系统的减摇环相当于开环系统，因此对于船舶减摇鳍控制系统设计之初，就应该考虑到系统的抗饱和控制策略，从而保证系统在复杂海况下具有满意的减摇控制性能，抗饱和控制技术的研究就显得具有极其重要的工程应用价值。因此，现有技术中的技术缺陷是：在进行减摇鳍系统控制设计时，没有考虑到饱和状况，使得在高海情下的减摇效果不理想，使船舶系统运行不稳定。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种动态抗饱和船舶减摇控制方法及系统，当船舶减摇鳍系统执行器发生幅度与速率饱和工况时，无约束鲁棒动态输出反馈控制器和动态抗饱和控制器联合作用，降低了鳍角饱和率，保证了系统减摇性能及鲁棒性。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：第一方面，本专利技术提供一种动态抗饱和船舶减摇控制方法，包括：步骤S1，获得鳍执行器的幅度和速度饱和状态；步骤S2，根据所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态，实现船舶的减摇控制：当所述鳍执行器未发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行修正优化，通过无约束鲁棒控制器重新进行所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至所述鳍执行器未发生饱和，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制。本专利技术提供的动态抗饱和船舶减摇控制方法，其技术方案为：获得鳍执行器的幅度和速度饱和状态；根据所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态，实现船舶的减摇控制：当所述鳍执行器未发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行修正优化，通过无约束鲁棒控制器重新进行所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至所述鳍执行器未发生饱和，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制。本专利技术提供的动态抗饱和船舶减摇控制方法，当船舶减摇鳍系统执行器发生幅度与速率饱和工况时，无约束鲁棒动态输出反馈控制器和动态抗饱和控制器联合作用，降低了鳍角饱和率，保证了系统减摇性能及鲁棒性。进一步地，所述动态抗饱和控制器是通过增广矩阵变换法得到的。进一步地，所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态包括鳍角非线性和转鳍速度饱和非线性环节。进一步地，所述步骤S2，具体为：建立船舶横摇运动方程；根据所述运动方程，得到对应转换所述运动方程的标准形式；根据所述运动方程的标准形式，设计无约束鲁棒控制器；对所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态进行判断，得到判断结果；根据所述判断结果，实现船舶的减摇控制：当所述鳍执行器未发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行修正优化，通过所述无约束鲁棒控制器重新进行所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至所述鳍执行器未发生饱和，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制。进一步地，根据所述判断结果，实现船舶的减摇控制，具体为：当所述鳍执行器未发生饱和时，仅有无约束鲁棒控制器工作；获得船舶横摇角信息；根据所述船舶横摇角信息，计算得到船舶减摇所需的横摇扶正控制力矩及鳍角指令信号，此时所述抗饱和控制器输入输出为零；将所述鳍角指令信号发送给鳍伺服系统，根据所述鳍角指令信号，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，所述抗饱和控制器工作，且所述抗饱和控制器输入输出不为零；对所述动态抗饱和控制器进行修正优化，通过所述无约束鲁棒控制器重新进行所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至所述鳍执行器未发生饱和；将所述鳍角指令信号发送给鳍伺服系统，根据所述鳍角指令信号，驱动鳍转动，完成减摇控制。第二方面，本专利技术提供了一种动态抗饱和船舶减摇控制系统，包括：数据获取模块，用于获得鳍执行器的幅度和速度饱和状态；减摇控制模块，用于根据所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态，实现船舶的减摇控制：当所述鳍执行器未发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行修正优化，通过无约束鲁棒控制器重新进行所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至所述鳍执行器未发生饱和，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制。本专利技术的动态抗饱和船舶减摇控制系统，其技术方案为：数据获取模块，用于获得鳍执行器的幅度和速度饱和状态；减摇控制模块，用于根据所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态，实现船舶的减摇控制：当所述鳍执行器未发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行修正优化，通过无约束鲁棒控制器重新进行所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至所述鳍执行器未发生饱和，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制。本专利技术提供的动态抗饱和船舶减摇控制系统，当船舶减摇鳍系统执行器发生幅度与速率饱和工况时，无约束鲁棒动态输出反馈控制器和动态抗饱和控制器联合作用，降低了鳍角饱和率，保证了系统减摇性能及鲁棒性。进一步地，所述动态抗饱和控制器是通过增广矩阵变换法得到的。进一步地，所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态包括鳍角非线性和转鳍速度饱和非线性环节。进一步地，所述减摇控制模块，具体用于：建立船舶横摇运动方程；根据所述运动方程，得到对应转换所述运动方程的标准形式；根据所述运动方程的标准形式，设计无约束鲁棒控制器；对所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态进行判断，得到判断结果；根据所述判断结果，实现船舶的减摇控制：当所述鳍执行器未发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行修正优化，通过所述无约束鲁棒控制器重新进行所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至所述鳍执行器未发生饱和，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制。进一步地，所述减摇控制模块，具体用于：当所述鳍执行器未发生饱和时，仅有无约束鲁棒控制器工作；获得船舶横摇角信息；根据所述船舶横摇角信息，计算得到船舶减摇所需的横摇扶正控制力矩及鳍角指令信号，此时所述抗饱和控制器输入输出为零；将所述鳍角指令信号发送给鳍伺服系统，根据所述鳍角指令信号，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，所述抗饱和控制器工作，且所述抗饱和控制器输入输出不为零；对所述动态抗饱和控制器进行修正优本文档来自技高网...

【技术保护点】
动态抗饱和船舶减摇控制方法，其特征在于，包括：步骤S1，获得鳍执行器的幅度和速度饱和状态；步骤S2，根据所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态，实现船舶的减摇控制：当所述鳍执行器未发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行修正优化，通过无约束鲁棒控制器重新进行所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至所述鳍执行器未发生饱和，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制。

【技术特征摘要】
1.动态抗饱和船舶减摇控制方法，其特征在于，包括：步骤S1，获得鳍执行器的幅度和速度饱和状态；步骤S2，根据所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态，实现船舶的减摇控制：当所述鳍执行器未发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行修正优化，通过无约束鲁棒控制器重新进行所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至所述鳍执行器未发生饱和，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制。2.根据权利要求1所述的动态抗饱和船舶减摇控制方法，其特征在于，所述动态抗饱和控制器是通过增广矩阵变换法得到的。3.根据权利要求1所述的动态抗饱和船舶减摇控制方法，其特征在于，所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态包括鳍角非线性和转鳍速度饱和非线性环节。4.根据权利要求1所述的动态抗饱和船舶减摇控制方法，其特征在于，所述步骤S2，具体为：建立船舶横摇运动方程；根据所述运动方程，得到对应转换所述运动方程的标准形式；根据所述运动方程的标准形式，设计无约束鲁棒控制器；对所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态进行判断，得到判断结果；根据所述判断结果，实现船舶的减摇控制：当所述鳍执行器未发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，对所述动态抗饱和控制器进行修正优化，通过所述无约束鲁棒控制器重新进行所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至所述鳍执行器未发生饱和，对所述动态抗饱和控制器进行设计，驱动鳍转动，完成减摇控制。5.根据权利要求4所述的动态抗饱和船舶减摇控制方法，其特征在于，根据所述判断结果，实现船舶的减摇控制，具体为：当所述鳍执行器未发生饱和时，仅有无约束鲁棒控制器工作；获得船舶横摇角信息；根据所述船舶横摇角信息，计算得到船舶减摇所需的横摇扶正控制力矩及鳍角指令信号，此时所述抗饱和控制器输入输出为零；将所述鳍角指令信号发送给鳍伺服系统，根据所述鳍角指令信号，驱动鳍转动，完成减摇控制；当所述鳍执行器发生饱和时，所述抗饱和控制器工作，且所述抗饱和控制器输入输出不为零；对所述动态抗饱和控制器进行修正优化，通过所述无约束鲁棒控制器重新进行所述鳍执行器的幅度和速度饱和状态的判断，直至所述鳍执行器未发生饱和；将所述鳍角指令信号发送给鳍伺服系统，根据所述鳍角指令信号，驱动鳍转动，完成减摇控制。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，宋伟伟，谭银朝，孙志，王攀攀，姚力夫，
申请(专利权)人：威海海洋职业学院，
类型：发明
国别省市：山东,37