[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

说明书

本发明公开了一种直流电机推进无人水面艇速度控制器设计方法，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。与现有的无人水面艇速度控制器相比，本发明采用基于神经网络的辨识器来逼近直流电机、螺旋桨以及无人艇速度动力学中的不确定性，有效提高了无人水面艇速度控制系统的动态响应速度。

技术领域

本发明涉及无人艇运动控制领域，特别是一种直流电机推进无人水面艇速度控制器设计方法。

背景技术

无人水面艇(USV)在军事、科研、商业等领域都具有极高的应用潜力，随着海洋活动的深入开展，无人艇技术得到了越来越广泛的关注。具备良好的控制性能是实现无人艇安全可靠应用的基础，其中，对速度的控制是不可或缺的一部分。无人艇的速度控制受其自身形状大小以及水面风浪等诸多因素影响，因此，使用传统的PID控制方法无法获得良好的控制效果。随着智能控制理论的不断发展和完善，越来越多新颖的控制方法被应用于无人水面艇的速度控制中，例如，模糊控制，神经网络控制，专家控制等。将这些智能控制方法彼此结合或是引入传统的PID控制中，有效地提高了控制性能。针对无人艇速度控制问题，已经有了一些可行的技术方案。

但现有的专利仍然存在以下问题：

第一，现有的无人水面艇速度控制方法中，大多未考虑到电力推进部分的控制，控制输入是力矩，而力矩的控制又需要控制电机来完成，使得这些方法在实际的工程应用中实现起来较为复杂。

第二，随着无人水面艇越来越广泛的应用，对其速度控制的响应速度和稳态精度要求也越来越高，现有的速度控制方法还需进一步提高跟踪速度和精度，从而提高无人艇在实际应用中的安全性和可靠性。

发明内容

为解决现有方法存在的不足，本发明要提出一种直流电机推进无人水面艇速度控制器设计方法。本发明设计了两个基于神经网络的辨识器来逼近直流电机、螺旋桨以及无人艇速度动力学中的不确定性，加快了神经网络准确估计未知函数(不确定项)的速度，从而提高速度控制器的性能；然后，依靠从辨识器获得的不确定项信息，采用动态面控制设计方法设计了无人艇速度控制器。本发明采用的技术手段如下：

一种直流电机推进无人水面艇速度控制器设计方法，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。

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)