[发明专利]一种气垫船航迹保持舵桨协同控制与分配方法

权利要求书

1.一种气垫船航迹保持舵桨协同控制与分配方法，其特征在于：包含如下步骤：

步骤(1)：从气垫船上的GPS和电罗经获得气垫船当前的位置和当前的艏向角，再将当前的位置、当前的艏向角和预设的位置、预设的艏向角作差值，计算出气垫船的位置偏差和艏向角偏差；

步骤(2)：采用PID控制器，将位置偏差信号传递给航迹控制器，将艏向角偏差信号传递给航向控制器，再通过位置和艏向角使气垫船航行在预设航迹上；

步骤(3)：对遗传算法中的选择算子和交叉规则进行改进，使用改进后的遗传算法对航迹控制器和航向控制器进行参数寻优；

对遗传算法中的选择算子进行改进具体为：

设计第j代第i个个体被选择概率P(i)为：

上式中，代表第j代中的最大适应度，代表第j代中的最小适应度，代表第j代中的任一个体，i、j均为整数；

步骤(4)：添加故障补偿环节对串接链控制分配模块进行改进，将进行参数寻优后的航迹控制器和航向控制器的输出指令传递到改进后的串接链控制分配模块进行舵桨推力分配；输入信号按照空气舵空气螺旋桨侧风门的顺序来优先分配力和力矩，当上一级到达饱和时再对下一级进行分配；分配后的力和力矩信号控制舵机使气垫船航行在预设航迹上。

2.根据权利要求1所述的一种气垫船航迹保持舵桨协同控制与分配方法，其特征在于：所述的对遗传算法中的交叉规则进行改进，包含如下步骤：

第一步：根据第j代第i个个体被选择概率P(i)获得进行交叉操作的父代；

第二步：对于第j代子代的上两代即第j-1代和第j-2代，将第j-1代和第j-2代的适值函数取倒数作为目标函数，分别求得第j-1代最小适应度和第j-2代最小适应度并将上两代都存在的性状直接保留到第j代；

第三步：参考译码器思想，当和对应位置的编码相同时，记为1；当和对应位置的编码不同时，记为0，得到一组与编码长度相同的二进制码；将获得的与编码长度相同的二进制码作为第j代的生成依据：即1对应的位保持不变；0对应的位进行两条染色体对应交叉，交叉规则为：

上式中，p和q为第j代正在进行交叉的父代，F_q和F_p是第j代正在进行交叉的父代的适应度。

3.根据权利要求1或2所述的一种气垫船航迹保持舵桨协同控制与分配方法，其特征在于：所述的添加故障补偿环节对串接链控制分配模块进行改进具体为：

根据控制律得出故障补偿串接链分配方法表达式：

进一步得到：

上式中，M₁为空气舵的系数矩阵，M₂为空气螺旋桨的系数矩阵，M₃为侧风门的系数矩阵；δ₁为空气舵偏转角，δ₂为空气螺旋桨螺距角，δ₃为侧风门开关量；u＝[δ₁,δ₂,δ₃]为串接链输入矩阵，sat_i为饱和函数，Γ＝diag(τ₁,τ₂,τ₃)为补偿矩阵，Ω＝diag(α₁,α₂,α₃)为串接链传递补偿效率矩阵，为输入检测列向量，I为单模矩阵；y_i为各层操纵面的输出，i＝1,2,3；

对于饱和函数sat_i，设定空气舵最大舵角偏转为δ_1max，任意时刻的空气舵舵角偏转值为δ_1i；将δ_1i与δ_1max进行比较，当δ_1i＜δ_1max时，空气螺旋桨没有输入，y₂＝0；当δ_1i＞δ_1max时，空气舵和空气螺旋桨同时工作，即；

设定空气螺旋桨最大螺距角为δ_2max，任意时刻的空气螺旋桨螺距角取值为δ_2i；将δ_2i与δ_2max进行比较，当δ_2i＜δ_2max时，侧风门没有输入，y₃＝0；当δ_2i≥δ_2max时，空气舵，空气螺旋桨和侧风门同时工作，即：