基于終端滑模的欠驅(qū)動水面船舶航跡跟蹤及編隊控制.pdf

1、大多數(shù)承擔(dān)海上運輸任務(wù)的船舶，現(xiàn)如今仍舊依賴螺旋槳作為主推進(jìn)器及舵作為轉(zhuǎn)向裝置推進(jìn)和操縱船舶，部分船舶雖然裝有側(cè)推器，但是僅在低速靠離泊情況下使用。因而，當(dāng)需要對三自由度下的船舶運動進(jìn)行控制時，只能依靠螺旋槳產(chǎn)生的縱向推進(jìn)力和舵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)艏力矩，即此類運動控制問題屬于欠驅(qū)動系統(tǒng)的研究范疇。眾所周知，欠驅(qū)動水面船舶運動控制系統(tǒng)具有高度非線性、非完整性、模型不確定性、外界干擾等特性，如何利用非線性控制理論及相關(guān)智能控制算法來解決上述問題，已成

2、為近年來船舶運動控制領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者研究的熱點。為此，在對國內(nèi)外有關(guān)欠驅(qū)動水面船舶航跡跟蹤和編隊控制的研究成果進(jìn)行深入研究與分析的基礎(chǔ)之上，先后設(shè)計了航跡跟蹤控制器和編隊控制器，具體的工作內(nèi)容如下:
　　第一，采用終端滑模控制方法，引入輔助線性滑模面，設(shè)計了一種航跡跟蹤控制器，該方法避免了控制器的奇異問題，且使船舶能夠在有限時間內(nèi)跟蹤并維持期望的軌跡，利用有限時間李雅普諾夫穩(wěn)定性理論證明了終端滑?？刂品椒ǖ挠邢迺r間收斂性以及控制系統(tǒng)的

3、穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明了所提出控制算法的有效性。
　　第二，基于領(lǐng)導(dǎo)-跟隨船舶編隊控制結(jié)構(gòu)，運用代數(shù)圖論、矩陣?yán)碚摵徒K端滑模控制方法，設(shè)計了一種欠驅(qū)動船舶編隊控制器，解除了外界干擾上界已知有界的限制，使船隊按照預(yù)想的隊形和軌跡航行，隨后利用有限時間李雅普諾夫穩(wěn)定性理論證明了該控制算法的有限時間收斂性及穩(wěn)定性。通過MATLAB軟件對控制算法的有效性進(jìn)行了驗證。
　　第三，對本文的工作內(nèi)容進(jìn)行梳理、總結(jié)，歸納了幾個欠驅(qū)動水面船舶航