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基于连续和周期事件触发的欠驱动船舶滑模路径跟踪控制
| 论文题名： | 基于连续和周期事件触发的欠驱动船舶滑模路径跟踪控制 |
| 关键词： | 欠驱动水面船舶;路径跟踪;有限时间;事件触发;滑模控制 |
| 摘要： | 近年来，随着我国航海事业的大力发展，如何让船舶的控制更高效、节能也成为了人们的研究热点。作为船舶运动控制的一个重要组成部分，路径跟踪控制也越来越引起人们的重视。本课题以欠驱动水面船舶为研究对象，基于视线制导算法、变结构滑模控制及有限时间稳定等理论，考虑时变扰动及侧滑角未知的情况，分别对欠驱动水面船舶的连续或周期事件触发滑模控制问题进行了系统研究。本文的主要研究工作如下： （1）针对具有未知外界时变扰动的欠驱动水面船舶的路径跟踪控制问题，通过采用视线导航法，设计了一种基于连续事件触发机制的路径跟踪事件触发滑模控制律。该算法解决了传统的基于时间触发机制的控制器带来的能源损耗大、船舶控制器机械损耗大等问题，有效的降低了控制器的更新次数，同时保证系统不会发生芝诺行为。数值分析结果验证了该控制策略的有效性和鲁棒性。 （2）针对具有外部未知干扰的欠驱动水面船舶的路径跟踪控制问题，在所提出的连续事件触发滑模控制器的基础上，考虑连续监控系统状态的控制成本及计算负担问题，设计了更经济的周期事件滑模控制方案。在保证原有路径跟踪效果的同时，有效地降低了船舶的控制成本和能源损耗。通过李雅普诺夫算法对其进行理论分析，结果显示，该控制策略可以确保闭环系统内的所有信号均能实现一致最终有界，且控制器的更新间隔时间为采样周期的倍数。数值分析结果表明，与连续事件触发机制相比，周期事件触发机制能够有效地减少执行器的输入更新次数，减少执行器的机械损耗。 （3）针对侧滑角未知的欠驱动水面船舶的路径跟踪控制问题，基于有限时间侧滑角观测器，设计了有限时间视线制导律，路径跟踪位置误差在有限时间内到达零。在此基础上在滑动变量中加入了积分项，重新设计了基于连续或周期事件触发的滑模控制律，实现了欠驱动水面船舶的曲线路径跟踪。通过改进的滑模控制器，使得误差的上界与采样周期的值相关。通过李雅普诺夫方法的理论分析表明，所有信号在有限时间内达到一致最终有界，并且证明了系统没有芝诺行为。数值分析结果表明，基于FTLOS制导的积分项滑模控制能够使船舶在有限时间内跟上期望路径，且有效地减少了执行器的输入更新次数，减少了执行器的机械损耗。 |
| 作者： | 高小梅 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 阎妍 |
| 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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