[发明专利]一种基于自抗扰技术的水产养殖明轮船航向控制方法

权利要求书

1.一种基于自抗扰技术的水产养殖明轮船航向控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、利用二阶跟踪微分器优化水产养殖明轮船航向的过渡过程,跟踪输入信号和输入信号的微分信号；步骤二、由观测到的输出信号和被控对象的输入信号通过扩张状态观测器确定出明轮船航向系统的内部状态信息；步骤三、将由跟踪到的输入信号和观测到的输出信号之间的误差,以及跟踪到的输入信号的微分信号和观测到的输出信号的微分信号之间的误差,通过非线性状态误差反馈控制律计算得到一个非线性状态误差反馈控制量；步骤四、由得到的非线性状态误差反馈控制量以及扩张状态观测器扩张出来的扰动估计值得出最终控制量，即航向调整量；步骤五、由得到的航向调整量通过明轮船航向控制系统生成左右明轮的航向转速。

2.根据权利要求1所述的一种基于自抗扰技术的水产养殖明轮船航向控制方法，其特征在于：所述二阶跟踪微分器的离散算法为

fhan函数的算法公式为

式中fhan函数为最速控制综合函数，d、d₀、y、a₀、a为fhan函数内部变量，v为明轮船给定航向，v₁对所述信号v进行快速无超调跟踪，同时v₂跟踪所述信号v的微分信号，r、h为跟踪微分器需要设定的参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于自抗扰技术的水产养殖明轮船航向控制方法，其特征在于：所述扩张状态观测器，其离散算法为

非线性函数fal的表达式为

式中z₁为估计跟踪到的明轮船实际航向，z₂为估计跟踪到的明轮船实际航向的变化率，z₃为明轮船航向扰动估计值，e为估计跟踪到的实际航向与实际航向之间的误差β₀₁，β₀₂，β₀₃，b₀，α，δ为扩张状态观测器需要设定的参数。

4.根据权利要求3所述的一种基于自抗扰技术的水产养殖明轮船航向控制方法，其特征在于：所述非线性状态误差反馈控制率中，非线性状态误差反馈控制量为

u＝k_pfal(e₀,α₀,δ)+k_Ifal(e₁,α₁,δ)+k_dfal(e₂,α₂,δ)

其中，e₀＝v₁-z₁为跟踪过程与观测器之间的误差信号，为误差的积分信号，e₂＝v₂-z₂为误差的微分信号；同时，在控制精度允许的情况下，为避免出现积分饱和，可考虑仅使用比例和微分环节，则二阶系统的误差反馈控制律为

u₀(k)＝k_pfal(e₁(k),α₁,δ₁)+k_dfal(e₂(k),α₂,δ₁)

再由误差反馈控制量u₀以及扩张状态观测器扩张出来的扰动估计值z₃决定最终控制量u,非线性状态误差反馈控制率的离散算法为

式中v₁为跟踪到的明轮船给定航向，v₂为跟踪到的明轮船给定航向变化率，z₁为估计跟踪到的明轮船实际航向，z₂为估计跟踪到的明轮船实际航向变化率，z₃为明轮船航向扰动估计值，e₁为明轮船实际航向与估计跟踪到的实际航向的误差，e₂为明轮船实际航向变化率与估计跟踪到的实际航向变化率的误差，u₀为非线性状态误差反馈控制量，u为明轮船航向控制的最终控制量，k_p，k_d，δ₁，α₁，α₂，b₀为非线性状态误差反馈控制率需要设定的参数。