欠驅(qū)動水面船舶運(yùn)動的非線性控制研究.pdf

1、欠驅(qū)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(qiáng)耦合性、帶有一定的約束條件、模型參數(shù)不確定性和受風(fēng)、浪和流等外界時(shí)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(diǎn)，探索新的實(shí)用控制方法的研究吸引了國內(nèi)外許多學(xué)者的廣泛關(guān)注。隨著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需要完成如海底管道鋪設(shè)、海洋鉆井平臺定位、海洋資源探索和遠(yuǎn)洋補(bǔ)給等復(fù)雜任務(wù)，對船舶精確控制的要求日益提高;還需要研究多船舶編隊(duì)控制問題。因此研究

2、欠驅(qū)動水面船舶的運(yùn)動控制問題，具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。本文對于欠驅(qū)動水面船舶運(yùn)動的非線性控制進(jìn)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(qū)動水面船舶鎮(zhèn)定控制問題，考慮轉(zhuǎn)船力矩對橫向運(yùn)動的影響，提出一種分階段魯棒自適應(yīng)切換控制算法并仿真驗(yàn)證了其有效性。第一階段設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定自適應(yīng)控制器，把流形上的船

3、舶狀態(tài)收斂到期望點(diǎn)。
　　 2.針對欠驅(qū)動水面船舶的軌跡跟蹤控制問題，從船舶運(yùn)動學(xué)模型出發(fā)，引入關(guān)于縱向跟蹤誤差的一階滑動平面和關(guān)于橫向跟蹤誤差的二階滑動平面，設(shè)計(jì)欠驅(qū)動水面船舶非線性滑模軌跡跟蹤控制器，并證明了欠驅(qū)動船舶的艏搖角速度是有界輸入有界輸出的。在此設(shè)計(jì)框架基礎(chǔ)之上，考慮模型參數(shù)不確定和外界干擾影響的問題，設(shè)計(jì)對時(shí)變干擾進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)姆蔷€性滑模軌跡跟蹤控制器并仿真驗(yàn)證了其有效性。
　　 3.針對實(shí)際中轉(zhuǎn)船力矩

4、對欠驅(qū)動船舶橫向運(yùn)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(diǎn)，并考慮模型中存在不確定和環(huán)境干擾問題，引入一個(gè)積分補(bǔ)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(yàn)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(qū)動水面船舶路徑跟蹤控制問題，從船舶的動力學(xué)角度出發(fā)，假設(shè)欠驅(qū)動船舶的橫向速度是無源有界的，引入虛擬船產(chǎn)生參考路徑，設(shè)計(jì)魯棒自適應(yīng)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(xiàng)完全未知的情況，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與全局滑?？刂平Y(jié)合，提出一種基于全局滑?？刂频那夫?qū)動水面船舶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定自適應(yīng)控制算法并仿真驗(yàn)證了其有效性，保證了系統(tǒng)的全局魯棒性。
　　 5.在領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨者編隊(duì)控制結(jié)構(gòu)下，考慮模型中存在參數(shù)不確定和未建模不確定項(xiàng)影響的問題，基于全局滑模和自適應(yīng)控制技術(shù)，在設(shè)計(jì)中引入控制點(diǎn)解決跟隨船航向振蕩問題，提出一種全局滑模魯棒自適應(yīng)編隊(duì)控制算法。針對領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨者編隊(duì)控制結(jié)構(gòu)中領(lǐng)導(dǎo)船速