基于有限时间控制的欠驱动水面船舶航迹跟踪.doc

基于有限时间控制的欠驱动水面船舶航迹跟踪


1.5万字 41页 原创作品，已通过查重系统


摘要：近年来，欠驱动系统的控制问题是研究热点和难点之一。目前，海上航行的大多数船舶(仅装备螺旋桨主推进器和舵装置用以推进和操纵)是典型的欠驱动系统。欠驱动船舶系统属于带有非完整加速度约束的一类非线性系统，一般非完整系统的研究结论不能直接应用于欠驱动船舶系统上来，使得欠驱动船舶的航迹跟踪控制器设计较为因难，尤其在船舶的模型参数辨识不准确，以及存在外界复杂干扰时，要实现欠驱动船舶的航迹跟踪控制具有一定的挑战性。本论文主要研究欠驱动船舶系统航迹跟踪问题，主要研究内容如下：
首先，分析了国内外欠驱动船舶控制的情况，建立了欠驱动水面船舶的运动学模型和动力学模型；通过船舶动力学分析将航迹跟踪简化为控制系统的镇定问题，从而获得欠驱动水面艇的控制模型。
其次，针对欠驱动水面船舶的控制模型，基于Backstepping方法设计了反馈控制律，基于Lyapunov直接法证明该控制律保证闭环系统所有信号全局一致最终有界，通过仿真验证了算法的有效性。
最后，针对存在风、浪、流时变干扰的三自由度欠驱动水面船舶轨迹跟踪问题，根据有限时间控制对系统的不确定性和外界干扰具有鲁棒性的特点，提出了一种基于有限时间和Backstepping复合的非线性控制方案。利用有限时间控制在系统在平衡点具有更好的收敛性能，有更好的抗干扰性能，以及不抖颤的优点，设计了复合有限时间控制+Backstepping控制律。仿真结果表明，所设计的控制器能够实现欠驱动船舶对直线路径的精确跟踪，且具有较强的鲁棒性。


关键词:欠驱动水面船舶 航迹跟踪有限时间控制反步法