【技术实现步骤摘要】
非对称约束下平移变换BLF的船舶固定时间靠泊控制方法
[0001]本专利技术属于船舶控制
,尤其涉及非对称约束下平移变换BLF的船舶固定时间靠泊控制方法。
技术介绍
[0002]目前,船舶的固定时间收敛控制一直是船舶控制领域的重要课题之一。固定时间收敛意味着系统状态可以在有界的固定时间T内收敛到零。在许多实际过程中,控制系统需要在有限的时间内完成控制过程,执行控制系统的快速响应,并使系统状态变量在有限的时间内到达平衡点的小邻域。
[0003]在实践中,大多数船舶和汽车通常需要满足各种状态约束以确保其安全,例如有限的工作空间和速度。一旦违反这些约束,动态系统可能会受到不准确控制、系统不稳定和事故的影响。考虑到安全性和稳定性,屏障李雅普诺夫函数(BLF)可以处理一类约束问题。当接近安全边界时,BLF趋于零或无穷大。通过确保BLF的有界性来限制系统状态,这允许系统轨迹接近安全集的边界而不离开它。BLF理论上允许开发非线性系统的安全控制器。然而,它也有一些挑战。
[0004](1)为了确保非线性系统的安全,有必要研究模型不确定性、系统噪声、测量噪声和输入干扰下的鲁棒性。由于组件内部复杂交互的简化模型,具有系统状态精确观测的确定性系统模型与真实系统之间存在差异。如果在控制设计中不考虑这些差异,则在关键条件下可能会导致不安全行为。当接近安全边界时,这也可能导致对噪声和外部干扰的敏感性。
[0005](2)传统的BLF具有结构复杂、微分运算困难、收敛区域规则对称等缺点。缺乏建立有效BLF的通用方法在特 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.非对称约束下平移变换BLF的船舶固定时间靠泊控制方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1、建立船舶运动模型;步骤2、根据航道水域范围和期望轨迹,求出轨迹跟踪的误差允许范围;步骤3、船舶轨迹的跟踪误差作平移变换,将非对称约束转为对称约束;步骤4、设计固定时间收敛的跟踪控制器的控制率;步骤5、设计屏障李雅普诺夫函数,证明系统固定时间收敛的,且满足非对称约束,即在固定时间收敛的跟踪控制器的作用下,船舶轨迹跟踪闭环系统在原点是固定时间稳定的;步骤6、将控制量传输给船舶执行机构,调整船舶运动,直到精度满足要求。2.根据权利要求1所述的非对称约束下平移变换BLF的船舶固定时间靠泊控制方法,其特征在于,所述步骤1具体为:假设η为船舶位姿的真实值、υ为速度矢量、u为前进速度、v摇摆速度、r为偏航速度、x为前进位置、y为摇摆位置和ψ为艏摇角,则船舶运动模型由下式给出:前进位置、y为摇摆位置和ψ为艏摇角,则船舶运动模型由下式给出:η=[x y ψ]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)υ=[u v r]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中,M是重量和水动力附加惯性,D是线性水动力阻尼参数矩阵,τ
d
是扰动,τ是输入力和力矩,Δ是不确定模型,C是科里奥利和向心力矩矩阵,R是旋转矩阵,由下式给出:和力矩,Δ是不确定模型,C是科里奥利和向心力矩矩阵,R是旋转矩阵,由下式给出:3.根据权利要求2所述的非对称约束下平移变换BLF的船舶固定时间靠泊控制方法,其特征在于,所述步骤2具体为:为了保证船舶安全,将船舶靠泊时的跟踪误差限于码头附近的有界区域,假设四边形ABCD是码头附近的有界区域,若要使(x
d
+x
e
,y
d
+y
e
)∈四边形ABCD,其中,x
d
为前进位置的期望值,y
d
为摇摆位置的期望值,根据码头附近的有界区域求出误差允许范围x
e
和y
e
;船舶轨迹跟踪指的是在规定时间内跟踪和控制船舶位姿,将船舶的轨迹跟踪误差表示为:其中,η
d
是船舶位姿的期望值,η为船舶位姿的真实值;根据航道水域范围和期望轨迹,求出轨迹跟踪的误差允许范围,就是通过全状态跟踪控制器同时控制船舶的位置和艏摇角,将船舶轨迹的跟踪误差限于:
a=[x
e
,y
e
,ψ
e
]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)(8)其中,a代表船舶位姿误差的容许下界,b代表位姿误差的容许上界,x
e
表示纵向位置误差的下界,表示纵向位置误差的上界,y
e
表示横向位置...
【专利技术属性】
技术研发人员:薛晗,李姝霖,柴田,吴秉炎,李泽阳,焦永杰,
申请(专利权)人:集美大学,
类型:发明
国别省市:
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