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龙图腾网获悉哈尔滨理工大学申请的专利一种适用于海洋移动观测平台的旋柱协同稳定控制系统获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118034161B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-08发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202410304593.4，技术领域涉及：G05B19/042；该发明授权一种适用于海洋移动观测平台的旋柱协同稳定控制系统是由孙明晓;叶鸿禹;栾添添;连厚鑫;李成华;刘少华;肖啸天;张意龙设计研发完成，并于2024-03-18向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种适用于海洋移动观测平台的旋柱协同稳定控制系统在说明书摘要公布了：本发明是一种适用于海洋移动观测平台的旋柱协同稳定控制系统，属于海洋移动观测平台运动控制系统领域，旨在提高海洋移动观测平台运行的稳定性。具体步骤如下：建立旋柱升力模型和海洋移动观测平台非线性横摇模型，为旋柱协同稳定控制提供理论基础；设计基于RBF神经网络的滑模力矩控制器，接收总减摇力矩，预测横摇模型并生成控制律，确保输出跟踪期望；基于序列二次规划法建立协同分配控制器，实时获取旋柱状态并分配权重，优化分配减摇力矩，实现最优控制；采用电机随动系统快速响应期望转速，调整旋柱工作状态。本发明不但稳定效果好，而且兼顾各执行器的驱动功耗和动态性能，更有利于海洋移动观测平台的稳定作业和长途航行。

本发明授权一种适用于海洋移动观测平台的旋柱协同稳定控制系统在权利要求书中公布了：1.一种适用于海洋移动观测平台的旋柱协同稳定控制系统，包括：基于RBF神经网络的滑模力矩控制器、基于序列二次规划法的协同分配控制器、电机随动系统、由四个旋柱组成的旋柱减摇装置、海洋移动观测平台模型、升力反馈机构和角度传感器； S1：建立单个旋柱升力的数学模型和配有两对旋柱的海洋移动观测平台非线性横摇模型，过程如下： S1.1：设定单个变径圆柱的升力FL i为： 式中：ρ为流体密度kgm3，ωi为单个变径圆柱的自转角速度rads，为单个变径圆柱的摆动角速度，L为单个变径圆柱展长m，r1为单个变径圆柱固定端半径m，λ为单个变径圆柱的变径比，V为来流速度ms，θi为单个变径圆柱的摆动角度rad； S1.2：装配有两对旋柱减摇装置的海洋移动观测平台非线性横摇模型为： 式中：Ix和ΔIx为海洋移动观测平台的转动惯量和附加惯量kg·m2，φ为横摇角度rad，B1、B2、C2、C3为海洋移动观测平台相关参数，D为排水量t，h为海洋移动观测平台的横稳心高m，αf为有效波倾角rad，Kc为旋柱减摇装置产生的总减摇力矩N·m； S2：建立基于RBF神经网络的滑模力矩控制器，用于接收输入的总减摇力矩，引入RBF神经网络来预测海洋移动观测平台的未知横摇模型并基于滑模控制算法设计出减摇力矩控制律，从而使得系统的输出能始终跟踪系统的期望输出，过程如下： S2.1：令x1＝φ，KT＝Kc，海洋移动观测平台非线性横摇运动模型的状态空间表达式为： 式中：x1为海洋移动观测平台的横摇角度，x2为海洋移动观测平台的横摇角速度，fx视为海洋移动观测平台模型，dt＝a7αf，KT为力矩控制器的控制输出，代表总减摇力矩； 设定滑模面为根据式3得出滑模力矩控制器的理想控制律为： 式中：c为控制增益，η为切换增益，e为期望输出与实际输出的误差； S2.2：设定神经网络的激活函数为高斯基函数hx，高斯基函数的输出为h＝[h1,h2,...,hn]T，则神经网络的参数变化律设计为： 式中：为实际网络权值，γ为神经网络的自适应变化参数，则如下式成立： 式中：为RBF神经网络预测的船体横摇模型，ε为预测的横摇模型与理想模型之间的逼近误差，则基于RBF神经网络的滑模力矩控制律为： 式中：c为控制增益，η为切换增益； S3：建立基于序列二次规划法的协同分配控制器，用于实时获取各旋柱的实际工作状态并赋予分配权重，然后建立多目标优化函数将滑模力矩控制器计算出海洋移动观测平台对抗横摇的所需的总减摇力矩带入式中，最后在减摇效果、能耗经济性和系统稳定性三个指标间通过序列二次规划法寻求减摇力矩最有分配，过程如下： S3.1：考虑到外界对旋柱的干扰，该系统引入了升力反馈机构，通过兼顾各旋柱的内、外部状态可使得协同分配器更合理地根据各旋柱的实际工作状态来分配减摇力矩，计算控制信号，从而使它们相互协同； S3.2：设如下多目标优化函数： 式中：nd＝[nd1,nd2,nd3,nd4]为各旋柱的期望转速，即协同分配器的输出的控制信号，Δnd为旋柱的期望转速的变化量，i为指标数量，t为仿真的步长，pi为各性能指标的权重，Jik为多目标优化函数的各个指标； 1减摇效果指标设定： 式中：Kik为第k时刻下各旋柱所产生的理论减摇力矩，结合式1可得其表达式为： 式中：ndik，θik和为第i个旋柱第k时刻的内部状态，分别代表着旋柱的期望转速，摆角和摆动角速度，δik为第k时刻下各个旋柱在各自工作环境下所产生的外界效率因子，rrw为旋柱的减摇力臂； 2能耗经济性指标设定： 3稳定性指标设定： S3.3：采用序列二次规划法求解多目标优化函数求解非线性规划问题，首先将非线性规划问题在第n步通过泰勒展开式转化为如下的二次规划子问题： 式中：dn为二次规划子问题的最优解，也是当前迭代点的前进方向，gi·和cj·分别为不等式约束和等式约束的一般表达形式，和为分别为不等式约束和等式约束的雅可比矩阵，Hn为拉格朗日函数的Hessian矩阵，该拉格朗日函数为： Lnd,μ,λ＝Jnd-μ×gik-λ×cjk14 式中：μ和λ分别为不等式约束和等式约束的拉格朗日乘子向量，i和j分别为不等式约束和等式约束的数量； 采用BFGS法即拟牛顿法来近似求解拉格朗日函数的Hessian矩阵，其表达式为： 式中：γn为中间变量，其表达式为： S4：利用电机随动系统将协同分配器计算出的各旋柱期望转速以电信号的形式传输到各旋柱的驱动电机中，按照期望的转速转动，并将产生的减摇力矩作用在海洋移动观测平台模型来抵抗海浪干扰所带来的横摇，最后通过角度传感器将海洋移动观测平台的横摇情况反馈到控制器中，控制器根据横摇情况再次调整输出，直到海洋移动观测平台趋于平稳。

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