一种基于滑模自适应的多点系泊系统定位控制方法与流程

技术特征：
1.一种基于滑模自适应的多点系泊系统定位控制方法，其特征在于，包含以下步骤：s1、建立多点系泊系统动力学模型；s2、基于半潜式平台的低频运动模型，推导多点系泊运动方程；s3、定义误差变量，构造系统的滑动模态面；s4、设计神经网络权值的自适应律，实现非线性项的在线逼近；s5、采用lyapunov函数，验证系统的全局稳定性。2.如权利要求1所述的基于滑模自适应的多点系泊系统定位控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，进一步包含：所述多点系泊系统的非线性耦合低频运动方程为：为：其中，η＝[x y ψ]
t
为固定坐标系(x
e y
e z
e
)下的多点系泊系统纵荡位移、横荡位移及艏摇角度；v＝[u v r]
t
为运动坐标系(x y z)下多点系泊系统纵荡、横荡及艏摇三个方向的速度向量；j(n)为固定坐标系与运动坐标系之间的旋转矩阵；m为多点系泊系统附加质量矩阵和惯性矩阵的叠加；c(v)为多点系泊系统斜对称科里奥利向心力矩阵；d为多点系泊系统阻尼矩阵；τ
m
为由系泊缆绳产生的控制力矩；τ
e
为风、波浪和洋流施加的环境力矩。3.如权利要求2所述的基于滑模自适应的多点系泊系统定位控制方法，其特征在于，所述步骤s3中，进一步包含：定义多点系泊系统位置误差函数，得到系统的滑动模态面：e＝η
d
‑
η (3)，对滑模面s求导，并将所述非线性耦合低频运动方程代入得：多点系泊系统滑模控制律τ
m
选取：式(5)、(6)中p、q、f的计算如下：其中，e表示平台位置偏差，η
d
表示平台目标位置，κ表示位置误差系数且κ＞0，ε表示运动趋近切换面s＝0的速率且ε＞0，λ表示指数趋近律系数且λ＞0。4.如权利要求3所述的基于滑模自适应的多点系泊系统定位控制方法，其特征在于，所述步骤s4中，进一步包含：采用高斯函数h(σ)：
f(σ)＝w
*t
h(σ) δ (9)rbf神经网络的网络输入取则网络输出为：其中，j是神经网络的隐藏节点，j＝1,2,3,...,n；σ是网络输入层的向量；||
·
||表示欧几里得范数；h
j
是神经网络中节点j的高斯函数；c
j
是中心向量；b
j
是高斯扩展宽度；f(σ)是神经网络输出的期望值；w
*
是神经网络的理想权重；δ是神经网络的逼近误差，δ≤δ
n
，δ
n
是误差边界。5.如权利要求4所述的基于滑模自适应的多点系泊系统定位控制方法，其特征在于，所述步骤s4中，进一步包含：采用饱和函数sat(s)替代符号函数sgn(s)，即其中δ为边界层，对式(6)中存在的未知项f，利用式(10)的rbf神经网络进行自适应逼近，得到最终的控制律τ
m
为：基于以上控制律设计及满足稳定性分析的需求，设计对应的自适应律为：其中，γ表示正常数。6.如权利要求5所述的基于滑模自适应的多点系泊系统定位控制方法，其特征在于，所述步骤s5中，全局稳定性使用lyapunov函数直接法，包含如下过程：其中定义lyapunov函数为：其中γ＞0 (14)由式(13)和式(14)可得：把式(12)代入式(15)可得：
由于rbf神经网络逼近误差δ为很小的正实数，取ε＞δ，则当时，s≡0，根据lasalle不变集原理，闭环系统渐进稳定，当时间t
→
∞，滑模面s
→
0。

技术总结
本发明提供一种基于滑模自适应的多点系泊系统定位控制方法，包含以下步骤：S1、建立多点系泊系统动力学模型；S2、基于半潜式平台的低频运动模型，推导多点系泊运动方程；S3、定义误差变量，构造系统的滑动模态面；S4、设计神经网络权值的自适应律，实现非线性项的在线逼近；S5、采用Lyapunov函数，验证系统的全局稳定性。本发明能够克服半潜式生产平台在海面作业时由于强烈外界干扰、系统的非线性和模型的不确定性等因素导致系泊定位精度不高的缺陷，提高多点系泊系统的定位精度。高多点系泊系统的定位精度。高多点系泊系统的定位精度。


技术研发人员：鲁润 张桂臣 陈孟伟 石建强
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：2021.06.03
技术公布日：2021/9/17