動(dòng)態(tài)面和逆推法在船舶航向控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、船舶的航向控制直接影響船舶航行的經(jīng)濟(jì)性與安全性。船舶運(yùn)動(dòng)具有大慣性、非線性等特點(diǎn);并且船舶航速、裝載等變化以及海洋環(huán)境的時(shí)常改變,導(dǎo)致船舶操縱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能及擾動(dòng)存在明顯的不確定性,開發(fā)自適應(yīng)性能好、魯棒性強(qiáng)和易于工程實(shí)現(xiàn)的非線性船舶航向控制律成為船舶控制領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。
　　 本文將逆推法、動(dòng)態(tài)面和Nussbaum函數(shù)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了三個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的自適應(yīng)及魯棒非線性船舶航向控制律。其一,針對帶有常參數(shù)不確定的非線性船舶操縱系

2、統(tǒng),設(shè)計(jì)了船舶自適應(yīng)非線性航向保持控制律,保證船舶航向保持閉環(huán)控制系統(tǒng)漸近穩(wěn)定;其二,考慮不確定外界擾動(dòng),針對帶有常參數(shù)不確定和擾動(dòng)不確定的非線性船舶操縱系統(tǒng),設(shè)計(jì)了船舶自適應(yīng)魯棒非線性航向跟蹤控制律,保證船舶航向跟蹤閉環(huán)控制系統(tǒng)的所有狀態(tài)都一致最終有界,恰當(dāng)?shù)倪x取設(shè)計(jì)參數(shù)可使航向跟蹤誤差任意小;其三,考慮到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飽和特性,針對帶輸入限制的非線性船舶操縱系統(tǒng),設(shè)計(jì)了帶輸入限制的船舶自適應(yīng)魯棒非線性航向跟蹤控制律,保證船舶航向跟蹤閉環(huán)

3、控制系統(tǒng)的所有狀態(tài)都一致最終有界,恰當(dāng)?shù)倪x取設(shè)計(jì)參數(shù)可使航向跟蹤誤差任意小。在三個(gè)控制律設(shè)計(jì)中,引入Nussbaum函數(shù),不要求控制增益符合已知,不需對未知的控制增益進(jìn)行估計(jì),避免了可能存在的控制律奇異值問題。結(jié)合動(dòng)態(tài)面控制,消除逆推法中的“項(xiàng)數(shù)膨脹”問題,簡化了控制律結(jié)構(gòu),易于工程實(shí)現(xiàn)。理論上,借助李雅普諾夫函數(shù)及Nussbaum函數(shù)引理,證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。基于兩艘船舶操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型分別進(jìn)行仿真研究,仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制律