【摘 要】
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为了切实保障船舶的航行安全,同时提升船舶运营的经济效益,人们对船舶运动控制提出了更高的要求。性能良好的航迹跟踪控制器,不仅可以避免执行器磨损,缩短航程,节省燃料,而且
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为了切实保障船舶的航行安全,同时提升船舶运营的经济效益,人们对船舶运动控制提出了更高的要求。性能良好的航迹跟踪控制器,不仅可以避免执行器磨损,缩短航程,节省燃料,而且在大风浪环境中具有较强的鲁棒性。常见的商船大多具有欠驱动模型特性,故研究一类针对欠驱动模型的高性能控制器对国产船舶自动化具有重要的促进作用。欠驱动船舶作为一种特殊的非线性系统,具有大惯性、强耦合、非完整约束以及模型参数不确定等一系列非线性特性。针对如此复杂的非线性系统,控制器设计难点除克服其本身非线性特性外还需要对外界干扰进行补偿。故提出一种行之有效且符合航海实际的控制策略具有现实意义。本文针对欠驱动水面船舶的航迹跟踪控制问题,考虑了船舶模型参数不确定及海洋环境扰动的干扰,基于扰动观测器提出了一种改进的鲁棒航迹跟踪控制器。采用参数估计法,对船舶模型参数摄动的上界进行估计。通过对海洋环境扰动的状态进行重构,从而实现对外界干扰的精确观测。随后,结合Backstepping方法及动态面(Dynamic Surface Control DSC)技术设计了一种改进的鲁棒航迹控制器,使得船舶能够对参考轨迹进行精确跟踪,避免了对虚拟控制器的反复求导。进一步,通过Lyapunov理论证明欠驱动船舶闭环系统内的误差信号能够渐近稳定收敛到平衡点附近,即得到了全局一致最终有界的控制结果(Globally Uniformly Ultimately Bounded GUUB)。最后以一艘欠驱动船模为仿真试验的对象,通过Matlab进行数值仿真,验证了本文所提出算法的有效性及鲁棒性。
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