必威体育精装版动态面和逆推法在船舶航向控制中的应用研究.pdfVIP

中文摘要 摘要 船舶的航向控制直接影响船舶航行的经济性与安全性。船舶运动具有大惯性、 非线性等特点；并且船舶航速、装载等变化以及海洋环境的时常改变，导致船舶 操纵系统的动态性能及扰动存在明显的不确定性，开发自适应性能好、鲁棒性强 和易于工程实现的非线性船舶航向控制律成为船舶控制领域的一个重要课题。 本文将逆推法、动态面和Nussbaum函数相结合，设计了三个结构简单的自适 应及鲁棒非线性船舶航向控制律。其一，针对带有常参数不确定的非线性船舶操 纵系统，设计了船舶自适应非线性航向保持控制律，保证船舶航向保持闭环控制 系统渐近稳定；其二，考虑不确定外界扰动，针对带有常参数不确定和扰动不确 定的非线性船舶操纵系统，设计了船舶自适应鲁棒非线性航向跟踪控制律，保证 船舶航向跟踪闭环控制系统的所有状态都一致最终有界，恰当的选取设计参数可 使航向跟踪误差任意小；其三，考虑到执行机构的饱和特性，针对带输入限制的 非线性船舶操纵系统，设计了带输入限制的船舶自适应鲁棒非线性航向跟踪控制 律，保证船舶航向跟踪闭环控制系统的所有状态都一致最终有界，恰当的选取设 计参数可使航向跟踪误差任意小。在三个控制律设计中，引入Nussbaum函数，不 要求控制增益符合已知，不需对未知的控制增益进行估计，避免了可能存在的控 制律奇异值问题。结合动态面控制，消除逆推法中的“项数膨胀问题，简化了 控制律结构，易于工程实现。理论上，借助李雅普诺夫函数及Nussbaum函数引理， 证明了闭环系统的稳定性。基于两艘船舶操纵运动数学模型分别进行仿真研究， 仿真结果验证了所设计控制律的有效性。 关键词：船舶航向控制；非线性控制；自适应鲁棒控制；逆推法：动态面；Nussbaum 函数 ABSTRACT l course ne咖p control system influencesthe directly and of economysecurity ship movementof navigation·The has inertiaarld ship large nollliIle盯c：h删eristics． Sincethe andloadof speed aswellasthemarine ship environmentoften ch觚ge，n1黜 lS in the obviouslyuncertainty ship maneuveringsystem dynamics锄ddistul．ballce．Itis a11 issueto l叫)ortallt a and develop robust feasible，adaptivenonlinear CORrSe ship control in controlfield． strategy