[发明专利]航海模拟器用鲁棒自适应自动舵控制算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航海模拟器用的船舶自动舵控制算法，尤其涉及一种既具有鲁棒性又具有自适应性的航海模拟器用船舶自动舵控制算法。

背景技术

船舶运动具有大惯性特点，时间常数为几十秒甚至可达几百秒，动舵响应缓慢；船舶运动还具有本质非线性和时变性的特点，执行运动控制的舵机也存在死区和饱和等非线性特性；船舶参数变化会引起模型摄动；并且具有运行环境复杂的客观条件。这些因素都会影响船舶并使之偏离航向。因此，航向保持不但是船舶安全到达目的地的保证，而且也是航迹跟踪、动力定位和自动避碰等问题的基础。为解决上述问题，采用鲁棒神经网络进行船舶航向保持具有很重要的理论和现实意义。

闭环增益成形算法利用H_∞鲁棒控制理论混合灵敏度算法的结果(即灵敏度函数S和补灵敏度函数T的形状)，用构造方法设计出鲁棒控制器，所用参数都是具有工程意义的，可以说是一种简化的H_∞鲁棒控制算法。文献[1]首先提出了SISO系统的闭环增益成形算法，文献[2]系统地给出了整个算法，文献[3]通过引进二阶深严格真模型证明了闭环增益成形算法的特例即为PID控制算法；文献[4～6]通过引进镜像映射的概念将闭环增益成形算法推广应用于不稳定系统设计中；文献[7]将闭环增益成形算法应用于MIMO系统中，文献[8]阐述闭环增益成形算法为简化H_∞鲁棒控制算法；文献[9]将闭环增益成形算法应用于SIMO系统中；文献[10]将闭环增益成形算法与非线性控制的精确反馈线性化方法相结合给出一种SISO系统非线性鲁棒控制算法；文献[11]将闭环增益成形算法与非线性控制的Backstepping方法相结合给出另外一种SISO系统非线性鲁棒控制算法；文献[12]和[13]给出闭环增益成形算法与不对称理论相结合的结果，文献[14]将闭环增益成形算法推广到离散系统中去；文献[15]说明闭环增益成形算法是一种基于信息对称的简捷控制算法；文献[16]给出了神经网络直接逆控制与鲁棒控制相结合的方案；文献[17]给出了神经网络监督控制与鲁棒控制相结合并应用船舶航向保持的研究。

上述现有算法要么只具有鲁棒性，要么只具有适应性，而不能同时具有鲁棒性和适应性。

参考文献：

[1]张显库，贾欣乐.闭环增益成形控制新算法及其应用[J]电子学报，1999，27(11)：133-135.

[2]张显库，贾欣乐.船舶运动控制[M].北京：国防工业出版社，2006：126-193.

[3]张显库，贾欣乐.求PID参数新方法[J]系统工程与电子技术，2000，22(8)：4-5.

[4]张显库，贾欣乐.用镜像映射方法求非稳定过程的鲁棒控制器[J].系统工程与电子技术，2000，22(4)：10-12.

[5]张显库.用镜像映射方法求纯不稳定过程的鲁棒控制器[J].系统工程与电子技术，2004，26(10)：1466-1467.

[6]ZHANG Xianku.New method on design of robust controller for unstable process[A].Proc of Int.Conf.OnMachine Learning and Cybernetics[C]，643-648.

[7]ZHANG Xianku，JIN Yicheng.Control of A Multivariable High Purity Distillation Column Based onClosed-loop Gain Shaping Algorithm[J].International Journal of Information Technology，2005，11(5)：116-123.

[8]ZHANG Xianku，JIA Xinle.Simplification of H∞ mixed sensitivity algorithm and its application[J].AutomaticControl and Computer Sciences，2002，36(3)：28-33.

[9]张显库，张丽坤，杨承恩.闭环增益成形算法在舵阻摇系统中的应用[J].中国航海，2004，(2)：20-24.

[10]张显库，宫永超.一种基于精确反馈线性化的非线性鲁棒控制器[J].应用基础与工程科学学报，2005，13(4)：417-423.