[发明专利]一种直流电机推进无人水面艇速度控制器设计方法

权利要求书

1.一种直流电机推进无人水面艇速度控制器设计方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、建立用于推进无人水面艇的直流电机模型、无人水面艇的螺旋桨模型和无人水面艇的前向速度模型；

S2、根据步骤S1中各模型建立直流电机推进的无人水面艇模型；

S3、根据直流电机推进的无人水面艇模型的不确定项，采用基于神经网络的航速辨识器和转速辨识器来逼近不确定项；

S4、从航速辨识器和转速辨识器获得不确定项信息，采用动态面控制设计方法设计直流电机推进无人水面艇速度控制器。

2.根据权利要求1所述的直流电机推进无人水面艇速度控制器设计方法，其特征在于：所述步骤S1中建立用于推进无人水面艇的直流电机模型的具体步骤如下：

用于推进无人水面艇的直流电机的电枢电压平衡方程如下：

E_a＝C_eω (2)

其中，R_a、L_a分别表示用于推进无人水面艇的直流电机的电枢电阻和电感；E_a、C_e分别表示用于推进无人水面艇的直流电机的电枢反电动势和反电动势系数；u_a表示用于推进无人水面艇的直流电机的电枢输入电压；i_a表示用于推进无人水面艇的直流电机的电枢电流；ω表示用于推进无人水面艇的直流电机的角速度；

用于推进无人水面艇的直流电机的电磁转矩方程如下：

M_m＝C_mi_a (3)

其中，M_m表示用于推进无人水面艇的直流电机的电磁转矩；C_m表示用于推进无人水面艇的直流电机转矩系数；

用于推进无人水面艇的直流电机的电机转矩平衡方程如下：

其中，J_m表示用于推进无人水面艇的直流电机和负载折合到电机轴上的转动惯量；f_m表示用于推进无人水面艇的直流电机和负载折合到电机轴上的黏性摩擦系数；M_c表示用于推进无人水面艇的直流电机和负载折合到电机轴上的总负载转矩；

在实际的工程应用中，通常忽略数值较小的用于推进无人水面艇的直流电机的电枢电感L_a，则忽略电感后的用于推进无人水面艇的直流电机模型为：

其中，K_m＝C_m/(R_af_m+C_mC_e)、K_c＝R_a/(R_af_m+C_mC_e)表示用于推进无人水面艇的直流电机的传递系数；T_m＝R_aJ_m/(R_af_m+C_mC_e)表示用于推进无人水面艇的直流电机的机电时间常数；

所述步骤S1中建立的无人水面艇的螺旋桨模型如下：

P＝K_PρD⁴n|n| (6)

T＝(1-t)K_TρD⁵n|n| (7)

其中，P、T分别表示无人水面艇的螺旋桨的推力和转矩；K_P、K_T分别为无人水面艇的螺旋桨的推力系数和转矩系数，均为进速比J的函数；ρ表示海水密度；n表示无人水面艇的螺旋桨的转速；D表示无人水面艇的螺旋桨的直径；t表示无人水面艇的螺旋桨的推力减额系数；

所述步骤S1中建立的无人水面艇的前向速度模型如下：

其中，m表示无人水面艇的质量；u表示无人水面艇的前向速度；X_u、X_|u|u表示识别参数；τ表示无人水面艇受到控制力和外力的总和。