基于高階滑模的船舶直線航跡控制.pdf

1、隨著航運(yùn)經(jīng)濟(jì)的逐漸復(fù)蘇與興盛，船舶控制的自動(dòng)化需求漸漸提高，對(duì)船舶操縱的經(jīng)濟(jì)性、精確性和安全性要求也愈來(lái)愈高。常規(guī)水面船舶的航跡保持控制設(shè)計(jì)具有模型的高度非線性、不確定性以及易受風(fēng)流干擾等難點(diǎn)，所以，對(duì)船舶直線航跡保持控制的研究具有顯著的理論和實(shí)踐意義。
　　在眾多控制理論中，滑模控制理論具有非常好的魯棒性和抗干擾性，控制律構(gòu)造簡(jiǎn)單，且容易工程實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在船舶航跡保持控制問(wèn)題的研究。而高階滑模更是拓展了普通滑模的設(shè)計(jì)方法，

2、能有效地削弱系統(tǒng)因增益切換帶來(lái)的抖振。由于船舶航跡保持控制具有欠驅(qū)動(dòng)特性，本文在考慮船舶運(yùn)動(dòng)控制自身的非線性特點(diǎn)和高階滑模適用領(lǐng)域的前提下，研究并設(shè)計(jì)了基于高階滑模理論的船舶直線航跡保持控制器。針對(duì)船舶航跡保持控制運(yùn)動(dòng)模型的復(fù)雜性，在方法設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用變結(jié)構(gòu)的思想將被控對(duì)象進(jìn)行變換，把航跡保持控制問(wèn)題依次轉(zhuǎn)換到對(duì)船舶的舵角進(jìn)行控制問(wèn)題，再將PI控制算法和超螺旋算法相結(jié)合，并在算法中加入積分項(xiàng)抵消干擾帶來(lái)的影響，分別設(shè)計(jì)出在無(wú)干擾情況的

3、理想模型下和有風(fēng)、流、浪等外界因素情況下仍具有航跡保持特性的控制律。
　　本文通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的控制算法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，理論上證明所設(shè)計(jì)的控制律能夠使航跡偏差最終穩(wěn)定收斂到零。并且在計(jì)算機(jī)仿真軟件MATLAB的Simulink模塊進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果表明，在無(wú)干擾和存在風(fēng)、流、浪等干擾的情況下，本文基于高階滑模理論設(shè)計(jì)的直線航跡控制器均能夠保證航跡跟蹤誤差在有限時(shí)間內(nèi)收斂，短時(shí)間內(nèi)平滑地跟蹤上預(yù)定軌跡，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)控制性