[发明专利]气垫船姿态调节的主动时滞反馈控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种气垫船的姿态调节方法，特别的是引入水枪和时滞反馈对气垫船静止姿态进行调节的方法。

背景技术

在气垫船静止状态，由于海洋环境的复杂性，风、浪、流的影响，这就使得气垫船难以保持稳定的状态，这就增加了气垫船操纵的难度，也不利于它在静止状态下启动，目前的以公开的文献中并没有相关的成果，而运用水枪对于气垫船的姿态进行主动控制的方式也没有相关的报道。

由于水枪动力所能提供的有限，而气垫船具有较大的惯性，改变气垫船的状态不可避免的会遇到惯性延迟的问题，如果忽略这一问题，会使得气垫船在调节姿态时发生较大的震荡，甚至于存在翻船的危险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使得气垫船在初始的静止状态下能够保持稳定的姿态的气垫船姿态调节的主动时滞反馈控制装置。本发明的目的还在于提供一种气垫船姿态调节的主动时滞反馈控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的气垫船姿态调节的主动时滞反馈控制装置包括安装在气垫船四周的水枪、控制器和转换逻辑，气垫船传感器系统得到气垫船姿态信息输入控制器，控制器根据这些信息得到控制器的控制信号，所述控制信号进入转换逻辑、计算出各个水枪所需提供的动力，最后通过水枪对于气垫船的姿态进行调整。

水枪的发射方向垂直于海平面。

本发明的气垫船姿态调节的主动时滞反馈控制方法为：通过气垫船传感器系统得到气垫船姿态信息，根据所述姿态信息得到控制器的控制信号，所述控制信号进入转换逻辑，计算出安装在气垫船四周的各个水枪所需提供的动力，最后通过作为执行器机构的水枪对于气垫船的姿态进行调整。

本发明的气垫船姿态调节的主动时滞反馈控制方法还可以包括：

1、所述控制器为时滞反馈控制器，控制率τ(t)＝Kx(t-d)，通过构造合适的 Lyapunov-Krasovskii函数和不等式变换，得到控制器条件。

2、所述转换逻辑是运用基于粗糙集的进化计算来进行设计的。

本发明的主要技术特点在于：通过气垫船传感器系统得到气垫船姿态信息，根据这些信息得到控制器的控制信号，该信号进入转换逻辑，计算出各个水枪所需提供的动力，最后通过执行器机构对于气垫船的姿态进行调整。考虑到气垫船姿态调节的惯性延迟，设计了时滞反馈控制器τ(t)＝Kx(t-d)，通过构造合适的Lyapunov-Krasovskii函数和不等式变换，得到了保守性较低且形式简单的控制器设计条件。运用基于粗糙集的进化计算来进行转换逻辑的设计，优化目标为能耗最小，该方法能够改善一般优化算法的实时性，实现水枪动力分配的在线计算。在气垫船周围装载水枪，对于气垫船的姿态进行主动控制，实现气垫船的姿态调节。

本发明的气垫船姿态调节的主动时滞反馈控制装置及方法，为气垫船装载了水枪、时滞反馈控制器和转换逻辑，解决了气垫船的姿态调节问题。针对气垫船的惯性延迟，设计了时滞反馈控制器，构造了合适的Lyapunov-Krasovskii，经过不等式变化得到了保守性较低且形式简单的控制器的判定条件。利用基于粗糙集的进化算法，实现基于能耗最小的水枪动力分配在线计算。通过分布于气垫船周围的水枪产生动力，主动调节气垫船的姿态。本发明实现了气垫船静态姿态的在线调节，改善了惯性时延的影响，具有良好的实时性和鲁棒性。

附图说明

图1气垫船执行器机构分布。

图2气垫船姿态调节系统方框图。

图3基于粗糙集的进化算法流程图。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述。

通过气垫船传感器系统得到气垫船姿态信息，根据这些信息得到控制器的控制信号，该信号进入转换逻辑，计算出各个水枪所需提供的动力，最后通过执行器机构对于气垫船的姿态进行调整。

1.建立气垫船六自由度模型：

全垫升气垫船的六自由度运动模型为：

其中：

u，——X轴方向的速度，ξ——X轴上的位置

v，——Y轴方向的速度，η——Y轴上的位置

w，——Z轴方向的速度，ζ——Z轴上的位置

p，——绕X轴运动的角速度，——绕X轴的姿态角

q，——绕Y轴运动的角速度，θ——绕Y轴的姿态角

r，——绕Z轴运动的角速度，ψ——绕Z轴的姿态角

表示▽的导数

2.转化为近似的状态空间模型