科创中国

针对具有复杂水动力参数和非线性特性的船舶动力定位系统，本发明公开了一种鲁棒H∞抗干扰控制方法，具体包括以下步骤：建立动力定位船舶的三自由度动力学模型和运动学模型；将建立的数学模型转化为鲁棒H∞控制问题；构建存储函数使其满足耗散不等式；通过给出含有不确定性的非线性系统具有鲁棒H∞性能的充分条件，得到闭环系统具有局部鲁棒干扰抑制性能的状态反馈控制率。本发明通过设计非线性状态反馈控制率克服了系统固有的非线性特性，解决了动力定位系统中水动力参数复杂且难以整定的技术问题，提出的鲁棒H∞控制方法在保证控制稳定性的同时，还能有效地降低模型的复杂度和控制过程中的计算量。

本发明的目的在于提供一种鲁棒H∞控制的不确定非线性系统船舶动力定位抗干扰方法。通过设计平衡控制器达到平衡点附近的扰动抑制控制要求，将平衡点附近的性能扩大到整个系统的工作范围，解决动力定位系统中复杂非线性项参数难以整定的技术问题，有效控制动力定位船在水动力扰动下仍然可以稳定工作。为实现上述目的，本发明采用如下设计方案。具体步骤如下：步骤1.考虑了海洋环境中以水动力为主的慢变环境干扰，根据动力定位船舶的运动学模型和动力学模型，建立动力定位船舶的状态空间模型：式中，η＝(x,y,ψ)T表示动力定位船舶在大地坐标系下的位置信息(x,y)和艏向角度信息ψ构成的向量，x和y分别表示动力定位船舶在大地坐标系下的横坐标和纵坐标，ν＝(u,v,r)表示动力定位船舶在船舶附体坐标下的纵荡速度μ、横荡速度v、和艏摇角速度r构成的向量，R(ψ)表示大地坐标系向船舶附体坐标系变换的旋转矩阵，M是包含附加质量的惯性矩阵，τ为控制输入矢量，即推进器推力，D为水阻尼系数矩阵；步骤2.将建立的数学模型转化为鲁棒H∞控制问题做进一步研究，按照求

随着动力定位技术的快速发展，很多智能控制算法被应用到船舶动力定位中，提高了船舶控制稳定效果。但随着海洋开发的深入和海况的复杂化，船舶受到不确定性干扰的剧烈变化，单一且不变的控制模式已经无法达到现阶段船舶动力定位系统的预期控制性能指标。

鲁棒H∞控制相较于其他智能控制理论，具有更好的可靠性和稳定性，且在抵抗外界扰动干扰，处理不确定性等方面具有更大的优势。针对动力定位船舶在含有不确定性的外界扰动与系统自身存在时滞的情况下，合理设计一种具有鲁棒H∞控制的动力定位系统具有一定实际意义。论文《船舶动力定位H∞切换控制的研究》将船舶非线性空间方程线性化，与原系统存在很大误差，其次，该论文采用的控制方法基于单一的切换信号，忽略了每个模型具体的性能。如果针对每个模型设计各自的ADT切换信号，即设计基于模型依赖平均驻留时间的切换信号，则会降低设计的保守性。论文《动力定位船舶鲁棒控制方法研究》在选取优化权函数方面缺乏系统性，同时在采用线性矩阵不等式法规避权函数的选取上也存在不足，使非线性不等式的求解变得更加复杂。专利CN111552182A《一种基于干扰观测器的船舶动力定位系统的抗干扰饱和控制方法》提供的抗干扰方法只适用于在船舶慢速行驶条件下，并未考虑快速行驶的动力定位系统，具有很大的局限性。

此技术为哈尔滨理工大学栾添添研发，承担本专科及研究生层次普通高等学历教育工作承担科学技术研究工作

与现有技术相比，此技术产生的效益： 1.本发明借助鲁棒H∞控制在干扰抑制方面的优越性，将复杂的船舶三自由度模型转化为鲁棒H∞控制问题进行求解，由于Hamilton‑Jacobi不等式和耗散不等式在求解时尚无有效的解析方法，依据经典耗散理论，给出了一个不确定的非线性系统具有鲁棒H∞性能的充分条件，利用该条件构造存储函数，导出了闭环系统具有局部鲁棒干扰抑制性能的状态反馈控制律。

2.本发明通过设计非线性状态反馈控制率克服了系统固有的非线性特性，解决了动力定位船舶系统矩阵中水动力参数复杂又难以整定的技术问题，同时，实现了动力定位船舶的干扰抑制和闭环控制系统的优化。

3.在同等环境参数条件下，本发明方法较PID控制具有更高的抗干扰精度，纵荡，横荡位移收敛时间较PID控制减少了50％，艏摇角超调量不超过5％，在受到水动力干扰时，能够更好地使船舶趋向并保持在期望位置，纵荡，横荡，艏摇值均可收敛于期望范围内。

技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地保定，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。