[发明专利]一种船舶靠泊速度的控制方法

说明书

本发明一种船舶靠泊速度的控制方法，先建立船舶靠泊模型，然后计算岸壁效应扰动和浅水效应的影响，通过求解线性矩阵不等式，计算前馈控制输入力、滑模鲁棒控制输入力，从而得到总控制输入力，并将该总控制输入力作用于船舶来控制船舶靠泊速度，本发明用矩阵不等式变换推导出鲁棒滑模控制算法，在一定范围内，能够保证系统的稳定性和系统性能，由于本发明考虑了系统的模型不确定性与扰动抑制问题，具有良好的与控制性能与鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种船舶靠泊速度的控制方法，尤其基于线性矩阵不等式的船舶靠泊速度的控制方法。

背景技术

目前，船舶靠泊大多依靠拖轮和缆车的配合，这不仅增加了船舶的作业成本，也增加了人为失误造成损失的风险，同时也不符合船舶智能化、自动化的发展趋势。目前船舶自动靠泊控制存在低估或高估控制增益、建模不确定性导致控制输入产生抖振现象、控制输入饱和性、对环境扰动补偿不足等问题，在一定程度上影响了控制器的控制精度和稳定性能。

由于船舶靠泊过程中的船间水动力干扰包括岸壁效应、船间效应、浅水效应、风压、风生流、海流、潮流、浪等，模型的不精确、传感器测量误差、非线性的线性化等原因引起参数不确定性，也会引起系统不稳定和较差的系统性能，根据问题出现的根源，设计针对性的控制器来提高系统性能。因此，在设计过程中希望所设计的控制器在这些不确定因素影响下能够保持系统稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船舶靠泊速度的控制方法，通过线性矩阵不等式的鲁棒滑模控制，提高了靠泊控制的精度，在各种不确定因素影响下能够保持系统稳定性。

本发明一种船舶靠泊速度的控制方法，包括如下步骤：

步骤1、建立船舶靠泊模型

假设船舶在靠泊时以低速行驶，船舶靠泊的三自由度运动数学模型建模如下：

η＝[x y ψ]^T (2)

υ＝[u v r]^T (3)

其中，表示位姿的导数，即速度，R(ψ)是旋转矩阵，υ是速度矢量，η是位置和姿态向量，x表示喘振位置，y是摇摆位置，ψ是偏航角；u是前进速度，v是摇摆速度，r是偏航角速度，τ_u表示沿前进方向的控制输入，τ_r表示沿偏航方向的控制输入，τ_v表示沿摇摆方向的控制输入，代表速度的导数，即加速度，表示前进的加速度，表示偏航角加速度，F_wx是沿着前进方向的风扰动力矢量，F_wy是沿摇摆方向的风扰动力矢量，N_wc是沿偏航方向的风扰动转矩.F_cx是沿前进方向的水流扰动力矢量，F_cy是沿摇摆方向的水流扰动力矢量，N_c是沿偏航方向的水流扰动转矩，F_sx是沿前进方向的波浪扰动力矢量，F_sy是沿摇摆方向的波浪扰动力矢量，N_s是沿偏航方向的波浪扰动转矩，F_xb是沿纵荡的船-岸相互作用的力矢量，N_b是沿偏航方向的船-岸相互作用力矩，m₁₁,m₂₂,m₂₃,m₃₂,m₃₃是惯性矩阵的元素，d₁₁,d₂₂,d₂₃,d₃₂,d₃₃是流体动力阻尼参数矩阵的元素；

记：