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基于滑模的欠驱动水面船舶编队控制
| 论文题名： | 基于滑模的欠驱动水面船舶编队控制 |
| 关键词： | 欠驱动水面船舶;编队控制;航迹跟踪;仿真分析 |
| 摘要： | 近年来，随着航运应用的普及和发展，水面船舶编队控制已经引起了广泛的研究兴趣。水面船舶编队系统，基于自动化技术，可以使行进中的编队里的每个独立船舶，在航向、速度和相对位姿上都精确地达到期望要求，从而实现独立水面船舶很难完成的复杂任务。水面船舶编队控制技术无论是应用在军用领域还是民用领域，都有很大的应用潜力，其的研究具有很强的理论意义和应用价值。 本文基于滑模控制理论与反馈控制方法，对欠驱动水面船舶的编队控制问题进行详细研究: 一、欠驱动船舶编队控制问题描述。水面欠驱动船舶运动状态采用二维坐标系近似描述形式，给出了大地坐标系和局部体坐标系及其坐标转换关系。并研究了欠驱动船舶运动控制数学描述方法，即欠驱动船舶动力学方程和运动学方程。进而设计船舶编队控制框架，它包括两个主要控制问题，即领导者跟踪期望航迹问题和跟随者与领导者保持编队队形问题。 二、针对领导者跟踪期望航迹控制问题，首先通过虚拟船舶给出领导者船舶的期望航迹，然后建立领导者船舶与期望航迹的运动学误差方程，并基于滑模控制理论为领导者船舶设计航迹跟踪控制器，实现对期望航迹的跟踪控制，同时满足对海风、海浪和洋流等外界扰动的抑制要求，最后，通过仿真实验验证所设计的控制器一致收敛的有效性。 三、针对跟随者与领导者保持编队队形问题，将编队控制问题转化为船舶之间保持固定距离和航向角的问题。考虑领导者船舶与跟随者船舶航行时的位置与速度关系，设计编队误差方程，并基于滑模理论为跟随者船舶设计编队控制器，保证船舶间的相对距离和相对航向角达到期望要求，并推导控制器李亚普诺夫稳定性条件，最后仿真验证控制器有效性。 四、结合航迹跟踪控制器与编队控制器，实现船舶编队整体跟踪期望轨迹运动和队形保持。针对系统存在的模型参数不确定性和外界海洋环境扰动问题，进行分析讨论和仿真验证。 五、总结论文期间所做工作，对详细分析了论文期间所遇到的难点问题，总结论文存在的不足和有待进一步解决的问题。 |
| 作者： | 邱小璐 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 陈余庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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