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欠驱动船舶轨迹跟踪滑模非线性控制研究
| 论文题名： | 欠驱动船舶轨迹跟踪滑模非线性控制研究 |
| 关键词： | 欠驱动船舶;轨迹跟踪;滑模控制;非线性系统 |
| 摘要： | 欠驱动船舶是一个特殊的非线性系统，具有多输入、多输出、强耦合、非完整性等特性。船舶在大洋航行中，风、浪、流等干扰引起的船舶运动干扰，究其本质可归为船舶模型参数摄动，而由于船舶装载质量和船速的动态变化，导致船舶模型参数不确定性。由于实际船舶速度状态矢量通常难以测量到，所以传统控制方法难以解决这个问题。随着快速发展的船舶与海洋工程系统中更多复杂的任务需求，探索新的船舶控制方法已经成为最近几年的热点。本文主要研究欠驱动船舶轨迹跟踪的滑模非线性控制，完成的主要研究工作如下: (1)针对欠驱动船舶速度状态矢量不可测的轨迹跟踪控制问题，设计了基于观测器的欠驱动船舶输出反馈滑模控制器。首先利用Lyapunov方法设计出稳定的观测器，然后根据期望轨迹与实际位置信息相结合设计出运动学回路速度虚拟控制律，通过速度误差的镇定实现轨迹跟踪误差的镇定控制。在动力学回路设计一阶、二阶滑模面，采用指数趋近律得到推力滑模控制律与转艏力矩滑模控制律，并利用Lyapunov方法进行系统稳定性分析。 (2)针对存在模型参数不确定和外界干扰的欠驱动船舶轨迹跟踪问题，设计了RBF神经网络自适应滑模控制器。将外界干扰视为模型参数不确定部分，利用RBF可以逼近任意函数的特性，估计船舶模型的未知项。根据期望轨迹与实际位置信息相结合设计出运动学回路速度虚拟控制律，通过速度误差的镇定来实现轨迹跟踪误差的镇定控制。在动力学回路设计一阶、二阶滑模面，采用指数趋近律得到推力自适应滑模控制律与转艏力矩自适应滑模控制律，并利用Lyapunov方法进行系统稳定性分析。 (3)对于上述设计的输出反馈滑模控制器与RBF神经网络自适应滑模控制器进行了仿真验证。仿真结果表明，上述控制算法均可实现对封闭型轨迹与开放型轨迹的精确跟踪控制，从而验证了所设计控制算法的有效性。 |
| 作者： | 王耀禄 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 郭晨;刘雨 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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