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原文传递欠驱动船舶的路径跟踪控制研究

论文题名：	欠驱动船舶的路径跟踪控制研究
关键词：	高速滑行艇;路径跟踪;欠驱动船舶;自抗扰控制
摘要：	本论文主要工作是研究欠驱动船舶的路径跟踪与快速性的问题，主要任务是设计高性能的路径跟踪控制器，以满足实际航行过程中对期望路径的精确跟踪。同时针对滑行艇快速性的特点，使滑行艇在路径跟踪中的航速满足实际要求。本论文在此基础上开展的研究工作有以下几个方面：　　首先，建立惯性坐标系和附体坐标系，并建立两者的转换关系。依据两者的转换关系推导滑行艇的运动学模型，并在附体坐标系下由牛顿-欧拉方程推导出欠驱动船舶的六自由度动力学模型。并将模型简化为考虑外界扰动因素的四自由度模型。设计适合船舶模型的仿真实验，验证模型的正确性。考虑滑行艇快速性的特点，对压浪板进行水动力分析，并通过仿真实验得出了最优的压浪板参数。　　然后，采用视线法作为路径跟踪控制器设计的导航算法，并针对不同的路径要求，分别设计相应的导航算法。由于在路径跟踪过程中，滑行艇会受到外界环境的扰动作用，使得航向角偏离期望的角度，因此引入侧滑角的概念，修正跟踪过程中的航迹误差。对设计的控制算法进行仿真实验，验证了算法的正确性，为控制器设计奠定了基础。　　其次，进行路径跟踪控制器的设计，针对传统的反步法路径跟踪控制器设计中出现的高阶微分项的弊端,引入动态面控制技术，将反步法控制器中的虚拟控制函数通过一阶低通滤波器，近似对控制函数求导，避免出现高阶微分项，降低了控制器设计的难度。通过动态面技术分别设计航速和航向控制器，在仿真过程中，加入环境干扰的条件，仿真结果验证了基于动态面技术的路径跟踪控制器的正确性。　　最后，对设计的动态面控制器进行改进，引入自抗扰控制技术。设计基于动态面自抗扰技术的路径跟踪控制器，降低了对模型精度要求高的条件，所设计的控制器只与系统的输入输出有关。在仿真实验中，引入环境干扰和模型参数设动条件。通过实验结果对比，动态面自抗扰技术的控制器比单纯的动态面控制器具有更高的稳定性和快速性的优势，在路径跟踪控制中，在各种条件下均能很好地实现跟踪要求。
作者：	马康伟
专业：	控制工程
导师：	陆军;王林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文