原文传递
基于分数阶理论的船舶轨迹跟踪控制研究
| 论文题名： | 基于分数阶理论的船舶轨迹跟踪控制研究 |
| 关键词： | 船舶模型;轨迹跟踪;滑模控制;分数阶理论 |
| 摘要： | 伴随航运业的发展，船舶智能航行技术已经有了很大的发展。智能航行是指在无人干预情况下，船舶能够自主完成环境感知认知、轨迹规划、轨迹跟踪等过程，实现避碰、靠泊等复杂操作。为了有效实现海上船舶的自主航行，船舶运动控制的快速准确性以及鲁棒性问题亟待解决。本文针对船舶跟踪控制中的相关问题，结合分数阶微积分、自适应控制、滑模控制理论、固定时间控制、神经网络等方法寻找最优的控制策略，解决了外部扰动以及模型不确定项等对船舶运动模型的影响，有效的实现了对船舶轨迹跟踪控制。通过仿真验证平台对控制策略进行了仿真，并证明了本文控制策略的有效性。本文主要研究工作如下： （1）针对船舶轨迹跟踪控制过程中滑模控制原理中的滑模本身的“抖振”问题，本文提出了一种实现船舶有效的跟踪控制的分数阶滑模(FOSMC)控制策略。该策略通过饱和函数趋近律削弱了“抖振”现象，并实现了对期望轨迹有效跟踪。通过相应判稳函数证明了系统的一致渐进稳定性；最后通过对船舶模型进行FOSMC策略的数值仿真，验证了所设计的FOSMC策略对轨迹跟踪的稳定有效性。 （2）针对船舶轨迹跟踪过程中滑模控制收敛速度较慢，以及控制过程中参数恒定等问题，本文结合自适应控制、分数阶微积分理论和扰动观测器提出了一种自适应分数阶滑模(AFOSMC)控制策略。在AFOSMC策略中提出了自适应变指数趋近律，进一步削弱了持续周期性“抖振”问题，减少了负荷冲击，保证了执行机构的平稳输出，提高了收敛速度；对于外部复杂环境扰动，设计了自适应扰动观测器进行精确观测，保证了系统有限时间稳定；最后对AFOSMC策略进行了数值仿真，证明了AFOSMC策略对轨迹跟踪以及扰动观测的有效性。 （3）针对船舶在轨迹跟踪控制过程中系统误差的收敛时间不确定，以及收敛时间与初始状态有关等情况，提出了一种基于固定时间分数阶滑模(FTFOSMC)控制策略；FTFOSMC策略保证了船舶系统状态在固定时间收敛至期望轨迹且收敛时间独立于船舶系统初始状态；设计了基于RBF神经网络的固定时间分数阶滑模控制策略，通过RBF神经网络对集总不确定项进行在线精确逼近，保证了系统状态固定时间收敛特性，并通过相应的仿真建模软件证明了该控制策略的优越性。 |
| 作者： | 陈栋 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 张均东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
