[发明专利]无人艇动力定位的无模型自适应预设性能控制方法

权利要求书

1.一种用于无人艇动力定位的无模型自适应预设性能控制方法，其特征是，包括：

基于提出的新型预设性能函数，将具有受限误差性能的动力定位系统转化为具有非受限误差性能的新系统；

结合线性化反馈及鲁棒自适应技术开展控制器反步设计工作，求得初步的虚拟中间变量；

利用指令滤波器对虚拟中间变量进行滤波处理以避免微分运算，设计相应无模型滤波误差消除辅助系统进行误差补偿；

采用自适应技术进行模型自适应更新，保障变载荷工况下的控制器效果；

所提出的一种新型预设性能函数如下

其中，e_i分别代表了无人艇在水平面的纵向位置误差、横向位置误差和艏向误差,e_i,l和e_i,u分别代表各个自由度上的预设性能误差范围下限和上限，ε_i为经过转换后的新误差变量。

2.如权利要求1所述的一种用于无人艇动力定位的无模型自适应预设性能控制方法，其特征在于，基于三阶动力定位无人艇模型，引入预设性能控制方法，将考虑推进器动态的动力定位无人艇的瞬态和稳态性能限制在如下预设上下限范围内，

其中，e_i,l(t)和e_i,u(t)分别代表了三个自由度的性能上下限，δ_i,l和δ_i,u是预设性能参数，ρ_i(t)是一衰减的指数函数。

3.如权利要求1所述的一种用于无人艇动力定位的无模型自适应预设性能控制方法，其特征在于，新系统是具有非受限误差性能的，且设计控制器使该系统稳定等价于预设性能范围控制，对其求导及矩阵形式整理后得到如下具有非受限误差性能的新系统，为反步设计奠定基础，

其中，f为一连续函数，g为速度增益，D为阻尼矩阵，M为无人艇的质量矩阵，为风、波、流所引起外界时变扰动，为无人艇推进系统所提供的推力及力矩，A_tr为系统的推进器动态矩阵，

为控制器输出得到非饱和推力及力矩，Δτ＝τ_p-τ_c，τ_p是控制器输出力矩经过下饱和限幅后得到的实际输出信号。

4.如权利要求1所述的一种用于无人艇动力定位的无模型自适应预设性能控制方法，其特征在于，反步设计过程中所采用的虚拟中间控制变量如下：

α₁＝g^-1(-K₁z₁-f)

其中，f为一连续函数，K₂是正定设计对角矩阵，和为自适应系统模型参数，为其中一个滤波器的输出，s₁是考虑滤波误差的转换位置误差，τ_rob是针对外界时变扰动所设计的鲁棒项。

5.如权利要求4所述的一种用于无人艇动力定位的无模型自适应预设性能控制方法，其特征在于，处理无人艇受风、浪干扰的鲁棒项的计算方法为:

其中，ξ₂是无模型滤波补偿系统的状态变量，l和λ是待设计的正常数。

6.如权利要求5所述的一种用于无人艇动力定位的无模型自适应预设性能控制方法，其特征在于系统模型参数M和D的自适应更新律为

其中，K_D、K_M、Γ_D、Γ_M为待设计正定对角矩阵，和分别代表阻尼矩阵和惯性矩阵自适应估计向量。