[发明专利]一种具有橫摇约束的欠驱动船舶航向和舵减摇控制方法

权利要求书

1.一种具有橫摇约束的欠驱动船舶航向和舵减摇控制方法，其特征在于，包括：

S1、设定指令航向角ψ_d，指令橫摇角设为0，并建立船舶非线性运动模型；

S2、根据测量的船舶运动状态计算航向误差ψ_e、虚拟艏摇角速度误差r_e和虚拟橫摇角速度误差p_e；

S3、分别设计航向控制规律δ_ψ和舵减摇控制规律δ_φ，计算舵角指令δ，通过控制操舵运动实现航向和舵减摇控制；

S4、更新实船的运动状态测量信息，并判断航向误差和橫摇角是否为0，若是，则结束控制，若否，则更新状态进入步骤S2。

2.如权利要求1所述的具有橫摇约束的欠驱动船舶航向和舵减摇控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的船舶非线性运动模型的表达式为：

其中，ψ为航向角，φ为橫摇角，r为航向角速度，p为橫摇角速度，f_p(υ)为橫摇未知非线性水动力，f_r(υ)为艏摇未知非线性水动力，υ＝[p,r,φ,ψ]^T为船舶运动状态向量，δ为舵角，K₀为橫摇控制系数，N₀为艏摇控制系数，τ_p为橫摇海浪扰动，τ_r为艏摇海浪扰动。

3.如权利要求2所述的具有橫摇约束的欠驱动船舶航向和舵减摇控制方法，其特征在于，所述船舶非线性运动模型中的舵角δ的计算公式为：

δ＝δ_ψ+δ_φ

其中，δ_ψ为艏摇控制规律，δ_φ为橫摇控制规律。

4.如权利要求1所述的具有橫摇约束的欠驱动船舶航向和舵减摇控制方法，其特征在于，所述步骤S2中的航向误差ψ_e、虚拟艏摇角速度误差r_e和虚拟橫摇角速度误差p_e的计算公式分别为：

ψ_e＝ψ-ψ_d

r_e＝r-α_r

p_e＝p-α_p

其中，α_r为艏摇角速度虚拟控制规律，α_p为橫摇角速度虚拟控制规律。

5.如权利要求4所述的具有橫摇约束的欠驱动船舶航向和舵减摇控制方法，其特征在于，艏摇角速度虚拟控制规律α_r和橫摇角速度虚拟控制规律α_p的计算公式具体表达为：

α_p＝-k_φφ

其中，k_ψ和k_φ为设计的正常数，为ψ_d对时间的导数。

6.如权利要求1所述的具有橫摇约束的欠驱动船舶航向和舵减摇控制方法，其特征在于，所述步骤S3中的航向控制规律δ_ψ和舵减摇控制规律δ_φ的计算公式具体表达为：

其中，k_r和k_p为设计的正常数，k₁和k₂为设计的正常数，为α_r对时间的导数，为α_p对时间的导数，为f_r(υ)的估计，为f_p(υ)的估计，为τ_rmax的估计，为τ_pmax的估计，τ_rmax为τ_r的上界，τ_pmax为τ_p的上界，s₁和s₂为滑模面。