[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

说明书

本发明涉及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，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。其采用仿真方法对权重矩阵进行测试和确定，可确定较为精确的权重矩阵，并且，其对规划轨迹和仿真轨迹的差异采用量化形式进行判断，能够更加客观地选取最优情况下的权重矩阵。

技术领域

本发明属于船舶领域，具体涉及动力巡航系统控制模型的目标函数权重矩阵确定方法。

背景技术

在深海中，难以应用常规的锚泊系统对船舶进行锚泊，难以满足工程的实际需求，导致船舶动力定位技术的产生和快速发展。船舶动力定位技术具有不受水深限制的特点，具有极大的优势，在海上补给、援潜救生、海上打捞和深海油气开采等工程领域具有广阔的应用前景。

模型预测控制算法是基于一个明确的过程模型来预测一个对象的未来响应的控制算法，通常需要三个要素：预测模型、滚动优化和反馈校正。预测控制算法需考虑输出量和控制量的最优化，并以权重的形式确定目标函数。现有的技术中对预测模型的目标函数中权重系数的确定多采用经验方法和主观赋权法，难以选择最合适、最精确的矩阵参数，从而影响动力巡航系统的控制性能。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种对动力巡航系统控制模型进行预测控制时的目标函数权重矩阵确定方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，针对现有的技术中存在的权重矩阵确定过程中，经验方法和主观赋权法难以精确确定权重矩阵的弊端，提供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，其能够确定最优的权重矩阵。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

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。

优选地，其中，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。

优选地，其中，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；