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无人水面船精准航迹跟踪控制研究
| 论文题名： | 无人水面船精准航迹跟踪控制研究 |
| 关键词： | 无人水面船;航迹跟踪;扰动观测;有限时间控制 |
| 摘要： | 无人水面船具有结构紧凑、操纵灵活、机动性强等优点，在军事、民用、海事和科研等领域已有诸多应用。随着海洋战略的不断实施，无人水面船研发工作正被各国高度重视。航迹跟踪作为执行各种任务的基础，是无人水面船运动控制的一个重要研究领域，已成为当前研究热点。 若考虑复杂海洋扰动和未建模动态，传统基于模型的控制方法将不再适用，无人水面船的高精度跟踪控制颇具挑战性但更有实际意义。本文基于扰动观测设计有限时间控制技术来解决上述问题，研究不依赖于无人水面船运动模型的有限时间控制方法，实现高精度航迹跟踪控制。 首先，本文提出无人水面船积分滑模有限时间控制策略。该策略实现无扰动时无人水面船精准航迹跟踪控制，得到有限时间控制特性，具备更快收敛速度和更高控制精度。闭环稳定性由Lyapunov理论严格保证，且跟踪误差最终为零。仿真结果进一步验证了该控制律的有效性。 进而，为消除海洋干扰对无人水面船的影响，本文采用扰动观测技术设计有限时间扰动观测器，并结合负齐次理论设计有限时间航迹控制策略。最终，不仅外部扰动可被有效补偿，实现扰动零逼近误差，而且航迹和航速根据误差均能在有限时间收敛到零。最后通过仿真验证了所设计控制器的有效性和优越性。 此外，为使研究更具实际意义，本文又进一步考虑含有未知动态的无人水面船，设计基于不确定观测器的航迹跟踪方法。具体地，将无入水面船未建模水动力特性和外部扰动打包为集总不确定项，并设计不确定观测器，实现精准打包逼近。然后又结合非奇异终端滑模技术设计控制律，实现不依赖于精确无入水面船模型的精准航迹控制。理论和仿真结果均能确保所设计控制律的有效性。 |
| 作者： | 吕帅林 |
| 专业： | 电力系统及其自动化 |
| 导师： | 王宁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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