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申请/专利权人：哈尔滨理工大学

摘要：一种基于FPC的动力定位船轨迹跟踪控制方法，涉及船舶控制技术领域。本发明是为了解决推进器输入饱和会导致船舶推进系统的实际输出无法跟踪控制系统指令的问题。本发明在预设性能函数的基础上，通过引入自调节信号，生成柔性性能函数，在发生推进器饱和时，通过在允许范围内主动放松系统性能边界来保证船舶作业的安全稳定性。其中自调节信号由辅助系统定量产生，与实际控制输入和期望控制输入之间的误差相关联。因此，本发明能够在推进器发生饱和时，通过降低用户指定的跟踪性能，保证控制系统的稳定性，并在系统度过推进器饱和阶段后恢复系统原有的性能边界，确保船舶轨迹跟踪系统满足预设的性能指标，避免了因推进器饱和导致系统失控的可能。

主权项：1.一种基于FPC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：构建动力定位船的轨迹跟踪误差ηe，并根据轨迹跟踪误差ηe建立跟踪误差模型： 其中，Rψ为船体坐标系和北东坐标系之间的转换矩阵，M为惯性矩阵，C为科里奥利向心力矩阵，D为阻尼系数矩阵，T为推进器配置矩阵，uc为船舶推进系统的期望输入向量，Δu为故障相关项，ω为外部干扰向量，和分别为ηe的一阶和二阶导数，和分别为的ηd一阶和二阶导数，ηd为动力定位船的期望轨迹，为η的一阶导数，η为动力定位船的实际轨迹；步骤二：根据轨迹跟踪误差ηe设计滑模向量s： 其中，β为大于零的常数；步骤三：结合滑模向量s和跟踪误差模型构建轨迹跟踪模型： 其中，为s的一阶导数，d＝M*-1RψTΔu+ω，且存在大于0的常数dM使得||d||≤dM；步骤四：在轨迹跟踪模型在符合柔性性能约束的条件下，采用误差转换函数将受限的滑模向量s转换为等价非受限的误差转换向量ε，所述柔性性能约束表示为:El＜s＜Eu，根据下式将受限的滑模向量s转换为非受限的误差转换向量ε： 其中，El和Eu分别为柔性性能函数下界和上界，且有： 其中，ρs为性能函数，λ为控制参数，Λ1,u为作用在柔性性能函数上界的饱和误差阻尼自调节信号、Λ2,u为作用在柔性性能函数上界的饱和误差修正自调节信号，Λ1,l为作用在柔性性能函数下界的饱和误差阻尼自调节信号，Λ2,l为作用在柔性性能函数下界的饱和误差修正自调节信号；所述滑模向量s符合以下条件：-ρsj＜sj＜ρsj，其中，j＝1,2,3，且有：ρsj＝ρsj,0-ρsj,∞e-l,t+ρsj,∞，ρsj,0和ρsj,∞分别为性能函数的初始值和稳定值，l为性能参数，t为收敛时间；Λ1,u、Λ2,u、Λ1,l和Λ2,l由辅助系统获得，所述辅助系统为： 其中，分别为Λ1,u、Λ2,u、Λ1,l、Λ2,l的一阶导数， Q表示船舶推进系统中推进器的总数；步骤五：选取李雅普诺夫函数V并对其求一阶导数将误差转换向量ε代入中，获得控制条件： 其中，Ω为关于滑模向量s的正定可逆对角矩阵，Ωu和Ωl分别为关于柔性性能函数上界和下界的负定可逆对角矩阵，Γ为正定对角矩阵，ud船舶推进系统的实际输入向量，ξ为大于零的常数，为dM的估计值，为的一阶导数；步骤六：调整ud的表达式使得控制条件大于零，获得动力定位船轨迹跟踪控制器： 且有的更新率大于0，其中，为推进器配置矩阵T的伪逆矩阵，K1＝diag[3,3,3]，Tanh表示双曲正切函数；步骤七：利用动力定位船轨迹跟踪控制器求得船舶推进系统的实际输入向量ud，并用该ud对船舶进行控制实现动力定位船的轨迹跟踪。

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