[发明专利]一种水翼艇纵向运动控制方法

说明书

本发明公开了一种水翼艇纵向运动控制方法。首先,根据水翼艇纵向运动特性,为水翼艇建立状态方程。然后,设计鲁棒控制器,并利用鲁棒预估控制算法让预估时延值趋近真实时延值,预估水翼艇状态模型趋近真实水翼艇运动状态,所以,当预估水翼艇运动状态跟随给定参考状态时,水翼艇的真实状态在有传感网络通信时延的情况下还能跟随给定的参考状态,从而让水翼艇运动状态稳定。本发明采用了预估控制算法对通信时延的预估方法进行了研究，提高了系统的实时性，使系统能快速地控制水翼艇的姿态，提高了效率。并且本发明采用了鲁棒控制，考虑了海浪对水翼艇的干扰，使系统的稳定性得到了极大的提高，很大程度上方便了系统姿态的调整。

技术领域

本发明涉及一种水翼艇纵向运动控制方法，特别是一种采用鲁棒预估控制算法的水翼艇纵向运动控制方法，属于船舶控制领域。

背景技术

现代水翼船是人类突破阿基米德原理，解决海上交通运输信念的产物，是航空技术与航海技术的结晶。对于一般排水型船舶而言，当付汝德数大于0.35时，会引起行兴波阻力的急剧增加。这样，如果进一步提高船速将会引起动力装置功率的急剧增加，这必然导致船的体积增大，并且反过来又使得流体对船的阻力增大。因此，当排水型水面舰船的航速达到一定的数值时，进一步提高船速是困难的。克服这一困难的唯一途径是将艇体托出水面而降低阻力。作为典型的高性能船舶，全浸式水翼艇在高速巡航过程中，水翼上产生的升力能够将船体完全托出水面，而不是仅仅减小船体的浸深。这种独特的翼航航行模式克服了兴波阻力和摩擦阻力对船体的影响，较好地解决了航速提高与阻力增加的矛盾，大大减轻了船体所受的海浪冲击。与排水量相近的其他船型相比，全浸式水翼艇具有优良的适航性。但是在高速翼航状态下，水翼升力作用把艇体完全托出水面，使水翼艇自稳性缺失。因此研究全浸式水翼艇翼航高性能姿态稳定控制策略具有鲜明的现实意义。

随着我国海洋战略的不断推进，智能船舶与海上无人系统得到了空前的发展与广泛应用，海上运载系统的智能化控制已是海洋工程领域的大势所趋。作为高性能船舶的典型代表，无论作为航运平台还是无人运载平台，都需要大幅改善全浸式水翼艇的自动化水平与智能化水平，进行全浸式水翼艇的动力学姿态镇定控制正是为全浸式水翼艇的智能化运行奠定基础。

水翼艇控制系统经历了由机械控制到气动控制最终到电子控制的不同阶段。机械控制系统与气动控制系统在早期的一些水翼试验艇上取得了较为满意的控制效果，但若进一步应用到大型舰艇则显得过于笨重，且其反应速度也较慢。因此，水翼艇控制系统的进一步研究应向电液系统方向发展。随着科学技术的发展和电子器件可靠性方面的提高，使得研制水翼艇电子控制系统成为可能。

然而,通信时延将影响通信网络传输的速度和准确性,这将导致水翼艇的控制系统获得的纵摇、升沉等状态信息具有时延,进而影响水翼艇的控制优化调整。通信系统中的反馈部分的通信时延也会导致水翼艇控制器不能及时做出有效的控制,这将严重影响水翼艇运行的稳定性。现有研究一般只给出水翼艇运动的控制方式,并没有对通信时延的预估方法进行研究。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种采用鲁棒预估控制算法对通信时延进行预估的水翼艇纵向运动控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种水翼艇纵向运动控制方法，包括以下步骤：

步骤一：根据水翼艇的运动特性,建立水翼艇纵向运动状态方程；

步骤二：初始化时延估计初始值水翼艇的状态估计值参考状态x_r(t)、状态预估误差e_s和e、学习参数γ、ε₁、ε₂以及常数矩阵F；

步骤三：实时采集的有时延的水翼艇状态x(t-τ),采用带有学习参数的梯度下降法对通信时延τ进行预估得到时延预估根据水翼艇状态方程获取水翼艇的状态预估并对水翼艇状态预估值加入预估时延得到具有时延的状态预估

其中，通信时延τ的表达式为：