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基于扩张状态观测器的船舶编队有限时间控制
| 论文题名： | 基于扩张状态观测器的船舶编队有限时间控制 |
| 关键词： | 船舶编队;有限时间控制;扩张状态观测器;非线性终端滑模;图论;事件触发机制 |
| 摘要： | 由于船舶在水面航行时存在外界风、流、浪的干扰，且船舶自身具有非线性、惯性大、欠驱动等特性，所以船舶运动控制问题仍是目前船舶领域的研究重点。不过，由于海洋气候未知多变及船舶任务复杂多样，单个水面船已无法满足实际海洋工程的需求。因此，多船协作开始成为海洋工程的发展趋势，其不仅可以提升船舶工作效率，还能保障人员及船舶的安全。在海洋科技发展的新形势下，相比于海上作业任务的多样化发展、船舶编队系统模型固有的复杂性及特殊性，当下的船舶编队技术仍存在诸多缺陷，因此对其理论技术进行进一步研究有着重要意义。 本文针对船舶运动控制中的船舶编队问题，综合考虑了船舶在海上航行时存在的外界干扰、船舶特性及通讯消耗等问题，采用了非线性终端滑模算法，并在此基础上引入扩张状态观测器与事件触发机制，设计了控制效果好、资源消耗低的船舶编队控制器。具体工作如下： 1.采用领导-跟随编队控制结构，分别建立船舶运动控制的运动模型与动力模型；设计扩张状态观测器，在编队控制时对船舶状态及未知干扰进行实时观测并对干扰进行补偿，保证了船舶编队控制的稳定性。 2.为改善目前大多数船舶编队控制算法控制周期较长的状况，提出了一种有限时间船舶编队控制方案。首先，采用了一种非线性终端滑模算法，该算法通过对控制律分区域设计，避免了奇异现象的发生。然后，将非线性终端滑模与图论结合，实现了有限时间船舶编队控制。 3.针对在海上航行时编队间船舶频繁进行不必要通信的问题，本文采用了事件触发机制，通过设计一个合适的事件触发函数，在确保编队控制效果良好的基础上减少不必要的编队通信，从而降低了船舶间的通讯资源消耗。 4.稳定性分析及仿真结果：利用Lyapunov有限时间稳定性理论分析了船舶编队控制系统的稳定性。采用Matlab进行仿真实验，仿真结果显示本文设计的控制器能在有限时间内完成预期的编队任务，编队控制误差收敛在可行范围内，因此证明了本文设计的控制器的有效性。 |
| 作者： | 陈汉民 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 李伟;宁君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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