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专利号: 2022114344095
申请人: 哈尔滨理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-11-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于动态事件触发的动力定位船轨迹跟踪控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:依据动力定位船的运动学模型和动力学模型设计积分干扰观测器:其中,ξ1(t)和ξ2(t)分别为t时刻积分干扰观测器的两个状态变量, 和 分别为ξ1(t)和ξ2(t)的一阶导数,l1和l2为积分干扰观测器的两个增益参数且均为大于0的常数,M‑1为动力定位船的惯性矩阵,M 为M的逆矩阵, 为t时刻积分干扰观测器生成的外界环境干扰估计值,τ(t)为t时刻动力定位船的控制输入向量,x(t)为t时刻跟踪误差向量且x(t)T=[x1(t),x2(t),x3(t)],H1为中间变量,t为动力定位船控制系统的运行时刻,γ1为大于0的常数,ηe为跟踪位置误差值,υe为跟踪速度误差值,R为北东坐标系和船体坐标系之间的转换矩阵,υ为动力定位船的速度信息,D为动力定位船的阻尼系数矩阵,ηd为跟踪位置期望值,υd为跟踪速度期望值, 和 分别为ηd和υd的一阶导数;

步骤二:在t时刻跟踪误差向量x(t)中施加跟踪误差约束,所述跟踪误差约束如下:其中,i=1,2,3,δi和 分别为ρi(t)的下届和上届系数,ρi(t)为性能函数且满足下式:和 分别为ρi(t)的一阶和二阶导数,ω为调整瞬态约束边界曲线变化率的参数,ρ∞i为ρi(t)的稳态值,Y为正常数,sign(·)为符号函数;

步骤三:根据x(t)的跟踪误差约束条件对x(t)进行转换,获得转换后的t时刻跟踪误差s(t),并对s(t)求一阶导数,获得:T

其中,s(t)=[s1(t),s2(t),s3(t)] , 和 分别为x(t)和ρ(t)的一阶导数,ρ(t)T T T

=[ρ1(t),ρ2(t),ρ3(t)],θ(t)=[θ1(t),θ2(t),θ3(t)],μ(t)=[μ1(t),μ2(t),μ3(t)],μi(t)=xi(t)/ρi(t);

步骤四:设测量矢量 则根据该测量矢量获得t时刻测量矢量误差e2(t):

其中,Δx=x(tk)‑x(t),Δν=υ(tk)‑υ(t),Δξ1=ξ1(tk)‑ξ1(t),Δξ2=ξ2(tk)‑ξ2(t);

步骤五:构建动力定位船控制系统的全状态事件触发控制器和事件触发条件:其中,tk为触发发生时刻,tk+1为触发发生下一时刻,τFETC(t)为全状态事件触发控制器输出的控制信号,α和β均为正常数,‑1

Y1=M(γ1R‑M D) ,

L(t)为

动态阈值变量,λs和λξ均为给定增益参数,Q为正定对称矩阵;

步骤六:利用全状态事件触发控制器计算获得动力定位船的控制信号并控制动力定位船运动,完成基于动态事件触发的动力定位船轨迹跟踪控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态事件触发的动力定位船轨迹跟踪控制方法,其特征在于,步骤一中,以水面上一点OE为原点建立动力定位船运动的北东坐标系XEYEZE,以动力定位船重心OB为原点建立动力定位船的船体坐标系XBYBZB,根据北东坐标系XEYEZE和船体坐标系XBYBZB构建动力定位船的运动学模型和动力学模型,所述动力定位船的运动学模型表达式为:

所述动力定位船的动力学模型表达式为:

上式中,η为北东坐标系下动力定位船的实际位置和姿态角,为η的一阶导数,η=[n,Te,ψ] ,n为北向位置,e为东向位置,ψ为动力定位船的艏向角, υ=T

[u,v,r],u为动力定位船纵向速度,v为动力定位船横向速度,r为动力定位船绕ZB轴旋转的角速度,ZB轴为船体坐标系中垂直于船体平面的轴,τw为外界环境干扰实际值,τ为动力定位船的控制输入向量。

3.根据权利要求1所述的一种基于动态事件触发的动力定位船轨迹跟踪控制方法,其特征在于,步骤三中:

4.根据权利要求1所述的一种基于动态事件触发的动力定位船轨迹跟踪控制方法,其特征在于,步骤四中测量矢量能够用以下方程描述:

5.根据权利要求1所述的一种基于动态事件触发的动力定位船轨迹跟踪控制方法,其特征在于,步骤五中,动态阈值变量L(t)的一阶导数 为:其中,αl和βl均为正常数,Np为性能安全评估因子。