[发明专利]一种动力定位船的有限时间复合学习控制方法

说明书

一种动力定位船的有限时间复合学习控制方法，涉及船舶运动控制技术领域。本发明是为了解决现有动力定位船运动时系统参数不确定以及船舶进行特殊作业时运动输出轨迹受限的问题。本发明采用复合学习控制方法在有限激励条件下能在线辨识系统未知参数，保证各参数向量分量的收敛速度不受激励水平的影响且可灵活调整。采用非对称积分障碍李雅普诺夫函数直接将期望行为指标强加于输出轨迹上，避免了系统保守性增加和计算量增大等问题。本发明基于有限时间理论设计复合学习控制器，进一步提高了控制效果。

技术领域

本发明属于船舶运动控制技术领域。

背景技术

随着不断向海洋领域的拓展和延伸，海洋事业的发展逐渐得到重视，合理开发、利用并切实保护和管理海洋已成为目前人类生存、发展和强盛的重大战略问题。在此背景下，各海洋工程装备领域都得到了飞速发展，具有定位精度高、灵活性好和定位不受海洋深度限制等优点的动力定位船在海洋工程作业中得到了广泛的应用。

动力定位船本身体积大、重量大，同时在其作业过程中受负载变化、燃料消耗和恶劣海洋环境等因素影响，就会导致其系统惯量矩阵和水动力参数矩阵往往是不确定的。但现有方法大多需假设系统参数矩阵在船舶整个作业过程中精确已知，因此增强了所设计控制器的保守性。此外，现有大多数动力定位船运动控制方法只关注于保证系统的输出误差能够收敛到一个残差集内，即保证系统的稳态性能，却忽略了瞬态性能对系统的影响。然而，当动力定位船通过一些狭窄航道、完成一些绕平台作业或其他某些特殊作业任务时，为确保作业任务的顺利完成并保证船舶的安全性，通常会对船舶整个作业过程中的输出轨迹施加一定的约束限制。

发明内容

本发明是为了解决现有动力定位船运动时系统参数不确定以及船舶进行特殊作业时运动输出轨迹受限的问题，现提供一种动力定位船的有限时间复合学习控制方法。

一种动力定位船的有限时间复合学习控制方法，包括以下步骤：

步骤一：参照动力定位船的期望位置η_d对其实际位置η施加约束条件：并建立动力定位船控制系统的误差方程：

其中，z₁为η和η_d之间的误差，为η的一阶导数，z₂为与虚拟控制率α之间的误差；-δ和分别为实际位置η的下限和上限，η＝[η₁,η₂,η₃]^T，η_d＝[η_d1,η_d2,η_d3]^T，α＝[α₁,α₂,α₃]^T，

a_i为误差增益系数，Λ_i为滑模项增益系数，z_1i＝η_i-η_di，η₁和η₂分别为北东坐标系下船舶实际位置的横纵坐标，η_d1和η_d2分别为北东坐标系下船舶期望位置的横纵坐标，η₃和η_d3分别为船舶实际与期望的姿态角；

步骤二：基于实际位置η的约束条件构造非对称积分障碍李雅普诺夫函数V₁和李雅普诺夫函数V₂：