[发明专利]一种针对全回转推进器故障的动力定位船容错控制方法

说明书

本发明提供一种针对全回转推进器故障的动力定位船容错控制方法，包括如下步骤：步骤一：根据推进器推力分配基本原理，构造全回转推进器故障描述模型；步骤二：基于动力定位船水面三自由度模型设计非线性扰动观测器；步骤三：构造典型故障下的非线性容错控制器，并加入扰动补偿。本发明本针对带有全回转推进器故障的动力定位船提出了一种基于扰动观测器的容错控制方法，设计一种能描述三种推进器故障的模型，应用于滑模控制律中提高系统容错能力和稳定性，并结合扰动观测器加强了系统的抗干扰能力和安全性能。

技术领域

本发明涉及一种动力定位船容错控制方法，尤其涉及一种针对全回转推进器故障的动力定位船容错控制方法。

背景技术

由于海洋环境的复杂多变，动力定位船在海面作业时难免会遇到时变的风浪流等环境干扰的影响，而动力定位系统的闭环反馈控制方式具有一定的迟滞性，如果不对时变干扰进行前馈补偿，就会影响船的稳定性，严重情况下可能带来安全威胁。此外，船舶由于长时间在海上作业，推进器有可能出现液压系统不稳定、驱动机构卡死、轴发电机断电等故障问题，考虑如何在故障情况下仍能使船舶安全完成工作要求也是很有必要的。因此，本文基于扰动观测器提出了一种针对全回转推进器故障的动力定位船的容错控制方法。

目前，国内外对于动力定位船的定位、定向、跟踪控制已经有非常成熟的研究成果及应用，但对于动力定位船的容错控制方法仍在理论研究与实验阶段。大部分研究成果是基于故障检测与诊断(FDI)模块先对故障类型进行判断，然后在进行容错控制，这类方法称为主动容错控制。优点是可以有针对性的进行容错，提高系统响应速度。但由于引入了FDI模块，使得闭环系统更加复杂，从而对FDI的准确性以及系统的鲁棒性能要求更高，如果FDI判断失误，会使控制变得更难控制。因此，近年来不依赖FDI模块的被动容错控制走入人们的视野。被动容错控制主要的特点是闭环系统具有很强的鲁棒性能，使得系统对故障不敏感，从而提高整个系统的容错能力。

发明内容

本发明提出了一种针对全回转推进器故障的动力定位船容错控制方法，目的在于增强动力定位船作业时的对于时变环境干扰的抗干扰能力，以及针对随时可能出现的推进器故障具有容错能力，提高系统鲁棒性。

本发明的目的是这样实现的：

一种针对全回转推进器故障的动力定位船容错控制方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤一：根据推进器推力分配基本原理，构造全回转推进器故障描述模型；

步骤二：基于动力定位船水面三自由度模型设计非线性扰动观测器；

步骤三：构造典型故障下的非线性容错控制器，并加入扰动补偿。

本发明还包括这样一些特征：

所述步骤一具体为：

所述全回转推进器故障包括失效、卡死以及中断三种，引入三个系数矩阵δ、χ、θ_s组合描述三种推进器故障：

τ(t)＝G(δ(t)θ(t)+χ(t)θ_s(t))

其中，G∈R^3×14为配置矩阵，δ(t)＝diag{δ_i}∈R^14×14,δ_i∈[0,1]表示故障执行器失效效率，θ(t)∈R¹⁴为7个推进器分别在横向和纵向上的推进力信号，χ(t)＝diag{χ_i}∈R^14×14，χ_i＝0或1代表故障类型，θ_s(t)∈R¹⁴代表卡死故障时产生的未知有界时变推力，上界为

所述步骤二具体为：利用基于扰动观测器的时变干扰前馈补偿，利用辅助变量设计出实现的非线性扰动观测器：