欠驅動水面船舶運動的非線性控制研究.pdf

1、欠驅動水面船舶是一類具有典型意義的非線性系統(tǒng)，它具有大慣性、強耦合性、帶有一定的約束條件、模型參數(shù)不確定性和受風、浪和流等外界時變干擾等特性，對其采用常規(guī)單一的非線性控制方法難以取得理想的控制效果。因此，針對這些特點，探索新的實用控制方法的研究吸引了國內外許多學者的廣泛關注。隨著海洋經(jīng)濟的發(fā)展，需要完成如海底管道鋪設、海洋鉆井平臺定位、海洋資源探索和遠洋補給等復雜任務，對船舶精確控制的要求日益提高;還需要研究多船舶編隊控制問題。因此研究

2、欠驅動水面船舶的運動控制問題，具有重要的理論意義和實際價值。本文對于欠驅動水面船舶運動的非線性控制進行了系統(tǒng)的研究，完成了以下研究工作:
　　 1.針對模型參數(shù)不確定性和外界環(huán)境干擾影響的欠驅動水面船舶鎮(zhèn)定控制問題，考慮轉船力矩對橫向運動的影響，提出一種分階段魯棒自適應切換控制算法并仿真驗證了其有效性。第一階段設計流形收斂控制器，把船舶各狀態(tài)收斂到初始條件流形上;第二階段基于滑?？刂品椒ㄔO計神經(jīng)網(wǎng)絡穩(wěn)定自適應控制器，把流形上的船

3、舶狀態(tài)收斂到期望點。
　　 2.針對欠驅動水面船舶的軌跡跟蹤控制問題，從船舶運動學模型出發(fā)，引入關于縱向跟蹤誤差的一階滑動平面和關于橫向跟蹤誤差的二階滑動平面，設計欠驅動水面船舶非線性滑模軌跡跟蹤控制器，并證明了欠驅動船舶的艏搖角速度是有界輸入有界輸出的。在此設計框架基礎之上，考慮模型參數(shù)不確定和外界干擾影響的問題，設計對時變干擾進行自適應補償?shù)姆蔷€性滑模軌跡跟蹤控制器并仿真驗證了其有效性。
　　 3.針對實際中轉船力矩

4、對欠驅動船舶橫向運動影響使船舶系統(tǒng)為非最小相位系統(tǒng)的問題，定義輸出重定義點，并考慮模型中存在不確定和環(huán)境干擾問題，引入一個積分補償來消除跟蹤誤差，提出一種全局動態(tài)非線性滑模軌跡跟蹤控制算法并仿真驗證了其有效性。
　　 4.針對存在模型參數(shù)不確定和環(huán)境干擾的欠驅動水面船舶路徑跟蹤控制問題，從船舶的動力學角度出發(fā)，假設欠驅動船舶的橫向速度是無源有界的，引入虛擬船產生參考路徑，設計魯棒自適應路徑跟蹤控制器，并給出橫向速度是無源有界的證

5、明。針對模型中不確定項完全未知的情況，將神經(jīng)網(wǎng)絡控制與全局滑?？刂平Y合，提出一種基于全局滑?？刂频那夫寗铀娲吧窠?jīng)網(wǎng)絡穩(wěn)定自適應控制算法并仿真驗證了其有效性，保證了系統(tǒng)的全局魯棒性。
　　 5.在領導者-跟隨者編隊控制結構下，考慮模型中存在參數(shù)不確定和未建模不確定項影響的問題，基于全局滑模和自適應控制技術，在設計中引入控制點解決跟隨船航向振蕩問題，提出一種全局滑模魯棒自適應編隊控制算法。針對領導者-跟隨者編隊控制結構中領導船速