欠驅(qū)動船舶航跡跟蹤控制技術研究.pdf

1、欠驅(qū)動水面船舶是指一類橫向上沒有安裝獨立的推進裝置,系統(tǒng)控制輸入量個數(shù)少于系統(tǒng)自由度維數(shù)的船舶。由于欠驅(qū)動水面船舶結構上的特殊性,采用常規(guī)的控制方法實現(xiàn)跟蹤或定位控制的效果并不理想,所以探索新的控制方法成為了研究熱點?？紤]到航跡跟蹤控制具有改善航行經(jīng)濟性、增加航行安全性以及降低系統(tǒng)安裝費用等優(yōu)點,本文主要針對欠驅(qū)動水面船舶的航跡跟蹤控制問題進行研究。
　　 首先,在合理的假設條件下,建立了欠驅(qū)動船舶水平面三自由度數(shù)學模型,并通過

2、建立的數(shù)學模型研究欠驅(qū)動水面船舶的控制特性,進行船模仿真實驗等一系列工作,目的是為后續(xù)控制器的設計做以鋪墊。
　　 其次,研究軌跡跟蹤控制方法。為了明確控制目標,需要建立跟蹤過程的數(shù)學模型,考慮到跟蹤模型自身的特點,采用反步法的設計思想并結合Lyapunov直接法設計了一種全狀態(tài)反饋跟蹤控制器,并采用C語言編寫跟蹤控制過程的仿真程序,在不同的條件下對控制器進行仿真驗證。為了實現(xiàn)對比研究,本文又基于欠驅(qū)動水面船舶本身具有的無源性設

3、計軌跡跟蹤控制器,在相同的仿真條件下,分別對兩種控制律進行仿真對比研究。
　　 再次,考慮到跟蹤數(shù)學模型具有的級聯(lián)特性,將級聯(lián)系統(tǒng)理論應用于欠驅(qū)動水面船舶的跟蹤控制器當中,把跟蹤數(shù)學模型劃分成為兩個子系統(tǒng),然后分別針對兩個子系統(tǒng)設計鎮(zhèn)定控制律從而得到實際控制輸入量表達式。同樣地,在相同的初始條件下,采用三種控制器進行仿真對比研究。
　　 最后,通過大量的仿真實驗得出結論:由于受到角速度持續(xù)激勵條件的限制,基于無源性以及級