基于扩张状态观测器的滑模预测串级舵减摇控制

针对在定权重模型预测舵减摇控制下的欠驱动船舶转向响应较慢的问题,提出一种基于模糊扩张状态观测器(FESO)的滑模预测串级舵减摇控制方法。建立线性三自由度欠驱动船舶运动模型,设计FESO来估计船舶状态和外部扰动,设计离散自适应滑模控制(DASMC)作为串级外环航向控制,以外环控制作为预期控制律,设计模型预测控制(MPC)作为串级内环减摇控制。通过分析船舶的航向误差和航行情况,设计模糊规则在不同航行情况下改变MPC目标函数的状态权重和控制输入权重,理论证明了所设计观测器的收敛性和控制方法的闭环稳定性。通过对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析,在航向改变的情况下,所设计的控制器减摇率在保证减摇效果的同时,相比固定权重线性MPC在30°的转向的响应时间更少,证明了所提方法能有效提升欠驱动船舶减摇时对转向的响应。

基于模糊线性模型的舵减横摇广义预测控制

舵减摇技术是一项新的减摇技术,通常其控制器设计所用的舰船模型为通用线性模型,对实际上为非线性被控对象的控制性能要下降.文中依据非线性舰船模型,应用模糊神经网络简化出适应于舵减横摇控制器设计的模糊线性模型,并设计了广义预测控制器.在典型航行工况下进行系统仿真.仿真结果表明,针对模糊线性模型和通用线性模型,用同一种方法与参数设计的2个控制器,前者的减摇率可达到40.70%,要高于后者的25.38%.仿真证明了模糊线性模型的可用性.

舰船舵减横摇广义预测约束控制

依据舵减摇状态空间模型,推导舵减横摇广义预测控制律,在舵角舵速约束的条件下,采用二次型规划计算控制量进行减横摇控制。对某一船舶在典型航行工况下进行了系统仿真,仿真结果表明,该方法不但可取得35%~45%的减摇效果,而且对横摇角速度与横摇角加速度也有40%左右的减小效果。

基于模糊规则的鲁棒预测舵减摇控制

[目的]针对模型预测控制(MPC)中因权重值固定所导致的欠驱动船舶在舵减摇时对转向的响应较慢的问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)、模糊控制规则和鲁棒预测控制的舵减摇控制器设计方法。[方法]首先,建立固定航速欠驱动船舶线性模型用于控制器设计,FTESO用于观测船舶运动状态和外部扰动;然后,通过对船舶在航向保持和变航向的情况进行分析,设计这2种情况下的目标函数权重,并建立状态观测值与目标函数权重之间的模糊规则,随后采用鲁棒预测控制解决带约束的多目标协同控制问题;最后,以一艘多用途舰艇为例进行数值仿真分析。[结果]结果显示,在航向改变情况下,对比扰动补偿模型预测控制和扰动观测器强化模型预测控制,发现减摇效果分别提升了5.74%和0.8983%,对于30°的转向的响应时间分别减少了1.8和7.3 s,证明了所设计控制方法的闭环稳定性。[结论]研究表明,所提方法在欠驱动船舶减摇方面是有效的。