考虑附体输入约束的高速多体船预测控制减纵摇方法

摘要

[目的]针对高速多体船的升沉和纵摇运动幅度过大,以及减摇附体有着严格输入约束问题,提出一种基于扩展卡尔曼状态估计的预测控制减纵摇方法.[方法]建立由T型翼和压浪板作为减摇附体的多体船垂向控制模型,分析升沉/纵摇运动的耦合性以及模型的不确定性.为了获取减纵摇控制信号,将海浪有色干扰白化处理,构建扩展的多体船状态估计模型,采用自适应卡尔曼滤波器在线估计多体船的升沉速度和纵摇角速度.在此基础上,提出有输入约束的预测控制减纵摇算法,定义系统实际状态值与预测值之间的误差,获得带有线性变化误差校正的预测状态模型;通过误差反馈校正提高减纵摇控制鲁棒性,并将减纵摇控制问题转化为有输入约束的二次规划问题,通过数值解法实现预测控制滚动优化求解.[结果]仿真结果表明,在考虑反馈校正的预测控制作用下,船体升沉位移减少约40％,纵摇角减少约50％.[结论]采用反馈校正的预测控制提高了减纵摇系统的控制精度和鲁棒性,在实际工程中具有重要意义.