[发明专利]船舶运动系统的多模型自适应混合控制方法及系统

摘要

本发明涉及一种船舶运动系统的多模型自适应混合控制方法及系统，通过将船舶运动系统在平衡点处线性化获得线性模型，然后在每个工作区域设计对应的线性自适应鲁棒控制器，各个子控制器间采用混合的控制策略，避免了子控制器间因切换而引发振荡，提高了控制效果，在控制器中引入动态自适应神经网络来补偿未建模动态以及建模误差，提高了船舶运动系统的稳定性和动态性能。

主权项

1.一种船舶运动系统的多模型自适应混合控制方法，其特征在于，所述船舶运动系统的数学模型为：x(k)∈Rⁿ为船舶操纵输入，C为常系数矩阵，F(·)为连续可微的非线性函数；该方法包括以下步骤：船舶运动系统线性模型建立步骤：将船舶运动系统在平衡点处线性化以获得线性模型S_l:y(k+d)＝θ^Tw(k)，其中w(k)＝[y(k)，…，y(k‑n+1)，u(k)，…u(k‑n+1)]^T，u(k),y(k)∈S,为船舶运动系统的操纵输入和船舶航向，S表示实数集合；船舶运动系统的操纵性指数为θ_a为操纵性指数子集，θ_b为操纵性指数子集，θ所有取值构成的集合为船舶运动系统的参数模型集Ω；多线性模型子集建立步骤：根据先验知识，将Ω划分成n个模型子集Ω_i,i＝1,2…n；n为正整数，Ω_i代表船舶运动系统的某一工况下船舶运动系统的线性模型；参数估计辨识步骤：采用辨识算法得到船舶系统的参数估计值θ^*(k)；混合控制信号设置步骤：设置β(θ^*)＝[β₁(θ^*)…β_i(θ^*)]^T为混合控制信号，其中β(θ^*)是连续可微的函数，且β₁(θ^*)，β₂(θ^*)+…β_i(θ^*)＝1，β₁(θ^*)，β₂(θ^*)，…β_i(θ^*)≥0，当或时，β_i(θ^*)＝0，表示为活跃参数子集的集合，当参数估计值θ^*(k)∈Ω_i时，称Ω_i为活跃的参数子集；混合控制器设置步骤：对每一个模型子集设置一个鲁棒控制器为其中，z^‑1为单位延迟算子；所有鲁棒控制器与其对应的混合控制信号β(θ^*)值得到混合控制器，所述混合控制器为混合控制器的传递函数为：其中，p₁∈S,p₂和l∈S^N‑2, a_n‑2(z)＝[z^2‑n，z^3‑n…1]，e_i∈S^N为第i个标准基础矢量，p₁(β),p₂(β),l(β)是关于β的连续可微的函数；对于所有的使所述船舶运动系统的线性部分保持稳定；非线性部分补偿步骤：混合控制器中引入RBF神经网络来补偿所述船舶运动系统中的非线性部分，使混合控制器为u＝u_f+u_n，RBF神经网络为：将所述船舶运动系统在零点线性化后得到模型表述为：x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+f(x(k),u(k))y(k)＝Cx(k)其中为W在k时刻的估计值，f(·)是非线性函数F(·)减去线性项后的非线性高阶函数。