船舶运动控制系统的Kalman三自由度解耦滤波方法与流程

文档序号:20436441发布日期:2020-04-17 22:05阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种船舶运动控制系统的kalman三自由度解耦滤波方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:依据dp船舶的船舶模型获取无因次质量矩阵m和阻尼矩阵d;

步骤2:依据dp船舶在港口不运动时获取的数据记录的样本协方差,获取测量噪声协方差矩阵r;

其中,表示第i个传感器的测量噪声的协方差,通过船舶在港口不运动时获取的数据记录的样本协方差来估计;

步骤3:设定具有正可调参数的对角线的状态噪声协方差q;

步骤4:设置误差协方差矩阵的初始值为p0=i15×15,通过dp船舶实际位置确定初始位置x0;

步骤5:依据海浪强度的参数、阻尼系数、主导海浪频率及船舶输出推力矩计算确定偏差矩阵b、矩阵e和矩阵a;

其中:

i3×3为3阶单位矩阵;

步骤6:依据dp船舶需要滤除一阶波浪力干扰的要求,确定矩阵h;

h=[cωi3×303×303×3]

cω=[03×3i3×3]

步骤7:依据连续型kalman滤波方法求解总的kalman增益,并进行解耦获得单自由度kalman增益;

步骤8:将单自由度的kalman增益与对应的单自由度相乘,获得相应的过程噪声向量;

步骤9:依据矩阵a、dp船舶动力学模型和过程噪声向量,重组船舶的运动结构,获取船舶的估计运动位置和一阶波浪力干扰;

步骤10:将传感器测量的dp船舶运动位置与估计运动位置和一阶波浪力干扰之和相减,获得每个自由度的等待与下一次的单自由度的kalman增益相乘;

步骤11:依据每一时刻dp船舶的输出推力(矩)和传感器测量的船舶位置信息,使用连续型kalman滤波算法迭代计算相关矩阵,确定kalman增益,重组船舶运动结构,获得船舶的估计运动位置和一阶波浪力;在连续型kalman滤波器中,状态估计迭代式和误差协方差迭代式如下:

初始条件:p(0)=p0;

其中,y=hx+υ;y为传感器测量出的纵荡、横荡位置及航向角;x为状态变量,ηp=rt(ψ)η;η为在北东坐标系下dp船舶三自由度向量,η=[neψ]t,分别表示纵荡、横荡和艏摇;r(ψ)为转换矩阵,具体为:

v为船体坐标系下的速度向量,v=[uvr]t;bp=rt(ψ)b。


技术总结
本发明属于船舶运动控制技术领域,具体涉及一种船舶运动控制系统的Kalman三自由度解耦滤波方法。本发明利用DP控制系统获取的传感器测量信息和连续型Kalman滤波算法,根据DP船舶的船舶模型和海洋环境参数,设计了Kalman三自由度解耦滤波方法,对船舶的运动信息进行重组和计算,实现位置及航向信息的滤波,并估计出DP船舶的实际位置、航向及一阶波浪力干扰力。通过仿真实现,证明本发明滤波效果明显,有效地消除了一阶波浪力的干扰。本发明对于DP船舶的运动控制滤波来说具有重要的研究意义和工程价值,有利于降低船舶运动控制器的设计难度,减少推进系统的无效推力输出及旋转。

技术研发人员:李新飞;陈忠言;袁利毫;昝英飞;高嵩;王庆;贾辉;李桐
受保护的技术使用者:哈尔滨工程大学
技术研发日:2019.12.23
技术公布日:2020.04.17
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