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多舰船横向补给同步控制方法研究
| 论文题名： | 多舰船横向补给同步控制方法研究 |
| 关键词： | 海上补给;横向补给;事件触发;视距制导;控制李亚普夫函数 |
| 摘要： | 海上补给可以降低舰艇对军事码头及基地的依赖程度、增加舰艇海上逗留时间、延伸舰艇作业范围，有助于提高舰艇远航生存能力，增强舰艇战斗力。海上补给是海军发展建设的重要组成部分，也是舰艇执行远洋任务的必要后勤保障。横向补给作为最主要的海上补给方式，研究欠驱动舰船的自主横向补给同步控制问题，尤其是多舰船横向补给，对于提高舰队的补给效率和保障舰队安全具有重要意义。 本文研究了基于领航-跟随的多欠驱动舰船横向补给同步控制问题，具体研究工作包括以下三方面： 第一，针对基于网络通信的欠驱动领航船路径跟踪控制问题，提出了一种基于事件触发的视距制导(light-of-sight，LOS)自抗扰控制方法。在远程制导环，设计了基于事件触发的LOS制导律和远程端事件触发机制。在本地控制环，设计了一个二阶线性扩张状态观测器、基于事件触发的自抗扰控制律和本地端事件触发机制。根据输入状态稳定性和级联稳定性定理，分析了所提出的基于网络两级控制系统进行稳定性。最后，通过实验结果说明了所提方法对于降低网络通信负担和执行器动作频率的有效性。 第二，针对基于鲁棒精确微分器(robustexactdifferentiator,RED)的多欠驱动舰船横向补给有限时间同步控制问题，提出了一种有限时间LOS的自抗扰同步控制方法。在运动学层级，设计了一个基于RED的领航船速度观测器，并提出了一个基于估计领航船速度的有限时间LOS制导律。在动力学层级，提出了基于RED的扰动观测器和有限时间自抗扰控制律。根据李雅普诺夫稳定性定理，证明了所提出闭环系统误差信号的一致最终有界性，通过仿真结果验证了所提控制方法的有效性。 第三，针对具有控制输入约束的多欠驱动舰船横向补给安全同步控制问题，提出了一种基于输入状态安全高阶控制障碍函数(input-to-statesafetyhighordercontrolbarrierfunction,ISSf-HOCBF)的多欠驱动舰船横向补给防碰撞同步控制方法。对于位置优化控制系统，提出了基于RED的扰动观测器，并设计了基于快速指数稳定控制李雅普诺夫函数(rapidlyexponentiallystabilizingcontrolLyapunovfunction,RES-CLF)的位置跟踪约束和ISSf-HOCBF安全约束，通过二次规划求解满足所有约束的最小纵荡推力。对于航向优化控制系统，提出了基于RED的跟踪微分器和扰动观测器，并设计了基于RES-CLF的航向跟踪约束。同样地，通过二次规划求解出所有约束的最小艏摇力矩。根据李雅普诺夫稳定性和输入状态安全定理，证明了所提出的闭环系统的一致最终有界性和多欠驱动舰船系统的输入状态安全性。通过仿真结果说明了所提出方法的有效性。 |
| 作者： | 吴文涛 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 王丹;彭周华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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