基于滑模的欠驅(qū)動水面船舶編隊控制.pdf

1、近年來，隨著航運(yùn)應(yīng)用的普及和發(fā)展，水面船舶編隊控制已經(jīng)引起了廣泛的研究興趣。水面船舶編隊系統(tǒng)，基于自動化技術(shù)，可以使行進(jìn)中的編隊里的每個獨(dú)立船舶，在航向、速度和相對位姿上都精確地達(dá)到期望要求，從而實現(xiàn)獨(dú)立水面船舶很難完成的復(fù)雜任務(wù)。水面船舶編隊控制技術(shù)無論是應(yīng)用在軍用領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都有很大的應(yīng)用潛力，其的研究具有很強(qiáng)的理論意義和應(yīng)用價值。
　　本文基于滑?？刂评碚撆c反饋控制方法，對欠驅(qū)動水面船舶的編隊控制問題進(jìn)行詳細(xì)研究:

2、r>　　一、欠驅(qū)動船舶編隊控制問題描述。水面欠驅(qū)動船舶運(yùn)動狀態(tài)采用二維坐標(biāo)系近似描述形式，給出了大地坐標(biāo)系和局部體坐標(biāo)系及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。并研究了欠驅(qū)動船舶運(yùn)動控制數(shù)學(xué)描述方法，即欠驅(qū)動船舶動力學(xué)方程和運(yùn)動學(xué)方程。進(jìn)而設(shè)計船舶編隊控制框架，它包括兩個主要控制問題，即領(lǐng)導(dǎo)者跟蹤期望航跡問題和跟隨者與領(lǐng)導(dǎo)者保持編隊隊形問題。
　　二、針對領(lǐng)導(dǎo)者跟蹤期望航跡控制問題，首先通過虛擬船舶給出領(lǐng)導(dǎo)者船舶的期望航跡，然后建立領(lǐng)導(dǎo)者船舶與期望航跡

3、的運(yùn)動學(xué)誤差方程，并基于滑?？刂评碚摓轭I(lǐng)導(dǎo)者船舶設(shè)計航跡跟蹤控制器，實現(xiàn)對期望航跡的跟蹤控制，同時滿足對海風(fēng)、海浪和洋流等外界擾動的抑制要求，最后，通過仿真實驗驗證所設(shè)計的控制器一致收斂的有效性。
　　三、針對跟隨者與領(lǐng)導(dǎo)者保持編隊隊形問題，將編隊控制問題轉(zhuǎn)化為船舶之間保持固定距離和航向角的問題。考慮領(lǐng)導(dǎo)者船舶與跟隨者船舶航行時的位置與速度關(guān)系，設(shè)計編隊誤差方程，并基于滑模理論為跟隨者船舶設(shè)計編隊控制器，保證船舶間的相對距離和相對