[发明专利]一种基于解析模型预测控制设计的船舶舵减摇方法

权利要求书

1.一种基于解析模型预测控制设计的船舶舵减摇方法，其特征在于：

(1)获取控制对象的各项系数，包括a₁，a₂，a₃，a₄，b及相对应的由航速及横稳性高度变化引起的不确定项的边界值m_i(i＝1,2,3,4)，b₁，控制对象为：

x·1=x2x·2=(a1+Δa1)x2+(a2+Δa2)|x2|x2+(a3+Δa3)x1+(a4+Δa4)x13+(b+Δb)u+w,]]>

a1=-KpIxx+Jxx,a2=-KppIxx+Jxx,a3=-W·GMIxx+Jxx,a4=W·GMIxx+Jxx,]]>

b=-IδzU2Yδyy/(Ixx+Jxx),Ixx+Jxx=Wg[(0.3085+0.0227B/d-0.0043L/100)B]2,]]>

K_pp＝3k_b(I_xx+J_xx)/4，k_a、k_b为衰减系数跟船型，及排水量有关，W为排水量，GM为横稳性高，B为船宽，d为吃水深度，L为船长，g为重力加速度；

(2)采集横摇角信号

(3)获取横摇角速度信号取高增益观测器增益p^-1(θ)C₀^T＝[2θ,θ²]^T，设定参数θ值；高增益观测器状态为：

x‾·=01a3+Δa3a1+Δa1x‾+01(b+Δb)u+(a2+Δa2)|x‾2|x‾2+(a4+Δa4)x‾13-p-1(θ)CT(y‾-y)y‾=10x‾]]>

其中，“-”代表观测，为非线性项，p^-1(θ)C₀^T＝[2θ,θ²]^T，具有观测器系统为：

x‾·1=x‾2-2θϵx‾·2=(a1+Δa1)x‾2+(a2+Δa2)|x‾2|x‾2+(a3+Δa3)x‾1(a4+Δa4)x‾13+(b+Δb)ur(x‾)-θ2ϵϵ=y‾-y;]]>

(4)设定控制器参数初值k₁，k₂，以期望横摇角横摇角及横摇角速度为输入信号，计算舵减摇回路的控制输出u₁，

u1(x‾)=-1b±b1(k0x‾1+k1x‾2+(a1±m1)x‾2+(a2±m2)|x‾2|x‾2+(a3±m3)x‾1+(a4±m4)x‾13),]]>得到基于解析模型预测控制设计的船舶舵减横摇控制系统为：

x‾·1=x‾2-2θϵx‾·2=(a1+Δa1)x‾2+(a2+Δa2)|x‾2|x‾2+(a3+Δa3)x‾1+(a4+Δa4)x‾13+(b+Δb)ur(x‾)+w-θ2ϵu1(x‾)=-1b±b1(k0x‾1+k1x‾2+(a1±m1)x‾2+(a2±m2)|x‾2|x‾2+(a3±m3)x‾1+(a4±m4)x‾13)ϵ=y‾-y,]]>

其中：为x的观测值，

2.根据权利要求1所述的一种基于解析模型预测控制设计的船舶舵减摇方法，其特征在于：所述的预测控制器初值设定，预测周期T₁＝60s，控制阶次l＝4，观测器参数θ＝3，控制器参数k₀＝0.05，k₁＝0.375。