一种考虑控制输入约束的船舶运动控制系统

摘要

本发明提供的是一种考虑控制输入约束的船舶运动控制系统。包括导引系统、控制系统、传感器系统、微分同胚变换器、数据处理系统，还包括控制输入补偿系统；导引系统根据输入的期望值与船舶的初始位置，计算船舶在各个时刻的期望位姿及期望速度；传感器采集船舶实际位姿信息和速度信息；数据处理系统得到船舶的低频位姿信息和速度；微分同胚变换器得到新的状态变量；控制系统根据新的状态变量进行相应解算得到相应的控制指令信息；控制指令信息传递给输入约束补偿系统经补偿后，得到最终的控制指令发送给船舶的执行机构。本发明是一种模型存在未知非线性函数并考虑控制输入约束时基于自适应神经网络估计的利用滤波反步法设计的船舶运动控制系统。

主权项

一种考虑控制输入约束的船舶运动控制系统，包括导引系统(5)、控制系统(3)、传感器系统(13)、微分同胚变换器(7)、数据处理系统(8)，其特征是：还包括控制输入补偿系统(2)，所述传感器系统(13)包含位姿传感器(12)和速度传感器(11)；导引系统(5)根据输入的期望值与船舶的初始位置，计算船舶在各个时刻的期望位姿及期望速度；位姿传感器(12)与速度传感器(11)分别采集船舶实际位姿信息和速度信息，并传递给数据处理系统(8)；数据处理系统(8)的传感器数据经数据融合系统(10)及滤波系统(9)处理后，得到船舶的低频位姿信息和速度；船舶的低频位姿信息和速度传递给微分同胚变换器(7)，经变换后得到新的状态变量；控制系统(3)的滤波反步控制器(4)和自适应神经网络估计器(6)根据新的状态变量进行相应解算；自适应神经网络估计器(6)根据导引系统(5)和微分同胚变换器(7)的数据，对控制器所需的未知非线性函数进行估计；滤波反步控制器同时接收导引系统(5)的期望位姿和速度、微分同胚变换器(7)的新的状态变量，以及自适应神经网络估计器(6)提供的对未知非线性函数的估计，经解算得到相应的控制指令信息；控制系统(3)将控制指令信息传递给输入约束补偿系统(2)，经输入饱和补偿器(16)和死区补偿器(15)的补偿后，得到最终的控制指令，将控制指令发送给船舶的执行机构，调整船舶的纵向推力、横向推力及转首力矩，实现对船舶的准确控制。