[发明专利]动力巡航系统控制模型的目标函数权重矩阵确定方法

权利要求书

1.一种动力巡航系统控制模型的目标函数权重矩阵确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、搭建动力巡航系统控制模型的预测控制仿真系统；

(2)、采用主观赋权法确定多组目标函数权重矩阵；

(3)、针对每组目标函数权重矩阵分别用所述预测控制仿真系统进行仿真；

(4)、计算每次仿真出的仿真航迹与规划航迹的偏差；

(5)、选择偏差最小时的那组目标函数权重矩阵作为最终的目标函数权重矩阵。

2.根据权利要求1所述的动力巡航系统控制模型的目标函数权重矩阵确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中的搭建动力巡航系统控制模型的预测控制仿真系统具体包括：

(1.1)、建立目标函数；

(1.2)、建立预测模型；

(1.3)、建立约束条件；

(1.4)、根据建立的目标函数、预测模型和约束条件在MATLAB中搭建动力巡航系统控制模型的预测控制仿真系统。

3.根据权利要求2所述的动力巡航系统控制模型的目标函数权重矩阵确定方法，其特征在于，所述步骤(1.1)中建立的目标函数具体为：min(η-η_r)^TQ(η-η_r)+(v-v_r)^TR(v-v_r)+τ^TPτ，其中，η为当前位置，η_r为期望位置，Q为位置权重，v为当前速度，v_r为期望速度，R为速度权重，τ为控制力，P为控制力权重；

所述步骤(1.2)中建立的预测模型具体为：其中，Y_k表示船舶未来时刻的运动状态矩阵，Ψ表示状态转移矩阵，Θ表示控制矩阵，表示速度偏差矩阵，τ_(k)表示控制力矩阵；

所述步骤(1.3)中建立的约束条件具体为：

τ_min(t+k)≤τ_(t+k)≤τ_max(t+k)

Δτ_min(t+k)≤Δτ_(t+k)≤Δτ_max(t+k)

k＝0,1,2…N_c-1

其中，τ_(t+k)、τ_max(t+k)和τ_min(t+k)分别表示推进器在一个周期内的控制力以及推进器在一个周期内能够输出的最大控制力和最小控制力，Δτ_(t+k)、Δτ_max(t+k)和Δτ_min(t+k)分别表示推进器控制力在一个周期内的变化率以及推进器控制力在一个周期内变化量的最大值和最小值，k表示预测周期数，N_c表示控制时域。

4.根据权利要求3所述的动力巡航系统控制模型的目标函数权重矩阵确定方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用主观赋权法确定每组目标函数权重矩阵时都根据船舶的航行模式对位置权重Q、速度权重R和控制力权重P分别进行人工赋值并使得每种航行模式下位置权重Q、速度权重R和控制力权重P之和为1。

5.根据权利要求4所述的动力巡航系统控制模型的目标函数权重矩阵确定方法，其特征在于，所述船舶的航行模式包括高速循迹航行模式、动力定位航行模式和自主靠离泊航行模式。

6.根据权利要求5所述的动力巡航系统控制模型的目标函数权重矩阵确定方法，其特征在于，所述步骤(4)中的计算每次仿真出的仿真航迹与规划航迹的偏差包括对每次仿真出的仿真航迹与规划航迹的偏差进行量化表示，所述量化表示的量化参数包括相关系数R’、标准差S或平均偏差σ。