船舶航向非线性反演自适应滑模控制.pdf

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1、第36卷第3期2014年3月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．36．No．3Mar．，2014船舶航向非线性反演自适应滑模控制王仁强，陈进涛(江苏海事职业技术学院航海技术系，江苏南京211170)摘要：为实现船舶在大幅度改向操纵运动中航向准确快速跟踪控制，采用Bech船舶操纵运动数学模型精确描述船舶运动性能。考虑到船舶运动中固有的非线性、模型不确定性和风、浪、流等干扰影响，设计一种船舶航向非线性自适应滑模控制器。利用反演法将滑模控制技术与自适应控制技术相结合设计航向改变控制算法，借助Lyapun

2、ov稳定性定理证明控制系统渐近稳定，并进行船舶航向控制仿真。仿真结果表明，本文所设计的船舶航向改变控制器性能优良，控制舵角合理，控制输出航向对本船参数摄动及外界干扰不敏感，具有较强的鲁棒性。关键词：Bech模型；反演法；自适应；Lyapunov；滑模控制中图分类号：U666．153文献标识码：A文章编号：1672—7649(2014)03—0136一03doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2014．03．028Shipcoursenonlinearadaptiveslidingmodecontrolbase

3、donbacksteppingWANGRen—qiang，CHENJin—tao(DepartmentofNavigation，JiangsuMaritimeInstitute，Nanjing2170，China)Abstract：Inordertoachieveshipcoursefastandaccuratetrackingcontrolwhenchangingcoursesignificantly，theBechshipmaneuveringmathematicalmodelisusedtoaccuratelydescri

4、beshipmaneuveringperformance，consideringthenonlinearcharacteristics，modelinguncertaintiesandexternaldisturbancessuchaswind，waveandflowinshipmotion，ashipcoursenonlinearslidingmodecontrollerisdesignedinthispaper．Combiningslidingmodecontroltechnologywithadaptivecontrolt

5、echnologytodesignshipcoursecontrolalgorithmbasedonbackstepping，utilizingLyapunovstabilitytheoremtoprovethecontrolsystemisasymptoticallystableandshipcoursecontrolsimulationiscarriedout．Thesimulationresultshowsthatthecontroller，whoserudderangleisreasonableandcourseisno

6、tsensitive，devisedinthispaperhassuperiorperformanceandstrongrobustness．Keywords：bechmodel；backstepping；adaptive；lyapunov；slidingmodelcontrol0引言船舶运动具有大惯性、大时滞、非线性等特点，船舶在海上航行时经常会受到风、浪等强干扰的影响，此时，传统的PID控制规律已不能较好地对船舶航向进行跟踪控制。20世纪60年代诞生的滑模变结构控制理论⋯为船舶运动的非线性、不确定性控制提供了有效的解决方法，

7、这种方法通过控制量的切换使收稿日期：基金项目：作者简介：船舶运动系统状态沿着滑模面滑动，使船舶运动系统在受到参数摄动和外界干扰时具有不变性。然而，文献[2—5]都是基于2阶野本模型，该模型只适应于在平衡位置做小偏移的操纵运动，当船舶进行大幅度航向改变操纵时，2阶野本模型就不能够精确的描述船舶实际的运动性能。鉴于此，本文采用适用范围更广的Bech模型∞1，在利用Lyapunov稳定性的基础上，结合变结构滑模控制强2013—04—26；修回日期：2013—05—28江苏省教育科学“十二五”规划重点课题(B-a／201I／03／008

8、)；江苏省高校大学生实践探究训练计划课题(2012JSSPITP3772)王仁强(1986一)，男，硕士，研究方向为船舶操纵与避碰技术、船舶运动与控制技术。第3期、王仁强，等：船舶航向非线性反演自适应滑模控制·137·鲁棒性特点，利用反演设计方法设计一种船舶航向