基于输入输出线性化的自适应模糊滑模航迹控制

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1、基于输入输出线性化的自适应模糊滑模航迹控制：针对船舶直线航迹控制的非线性特性，设计一种基于输入输出线性化的自适应模糊滑模控制器，并利用Lyapunov理论，证明该系统在所设计控制器作用下全局渐近稳定，Simulink仿真结果表明，所设计控制器能够有效抑制常规滑模所固有的稳态抖振现象，且在参数摄动及风浪干扰下具有强鲁棒性，较好的实现了对设定航迹的跟踪。　　　　关键词：输入输出线性化；自适应控制；模糊控制；滑模控制　　：TP273：A　　　　AdaptiveFuzzySlidingModeControllerforShip’sTrackkeepingS

2、ystemsBasedonInputoutputLinearization　　　　ationEngineering，NavalUniversityofEngineering，，adaptivefuzzyslidingmodecontrollerbasedoninputoutputlinearizationisdemonstratedtobeglobalasymptoticstability.Simulationresultsindicatethattheproposedapproachisrobustundertheparameterperturbat

3、ionandexternaldisturbance，italsocanavoidthechatteringphenomenonintraditionalslidingmodecontrolandfolloodecontrol　　　　1引言　　随着对航行安全和营运需求的增长，人们要求在控制系统的驱动下，船舶能从任意位置驶入预定航线，并沿此航线最终到达目的地，传统的航向控制因其不能控制航迹偏差已不能满足要求，因此船舶航迹控制研究在理论和实际中意义重大[1—3]。　　目前，针对航迹控制的研究已取得了一定成果，文献[4—5]通过重新定义输出变量给出了一种反

4、馈控制律，并得出了保证系统渐进稳定的充分条件，但算法鲁棒性较差，文献[6—8]结合自适应反步及模糊的方法设计了航迹控制器，具有较强的鲁棒性，但设计过程复杂，参数过多不便于实现。针对不确定非线性系统，许多学者将线性化、滑模控制及模糊算法的优点结合起来，提出基于线性化的自适应模糊滑模控制，并在许多实际问题中得到了应用。　　本文针对船舶航迹控制的非线性数学模型，在进行输入输出线性化的基础上设计了自适应模糊滑模控制器，并利用Lyapunov理论，证明了航迹控制系统在所设计控制器作用下全局渐近稳定。最后结果表明了所设计控制器结构简单，能够在有效抑制滑模控制的抖振现象的

5、同时对参数摄动及外界干扰具有强鲁棒性。　　2船舶航迹控制的数学模型　　图1为船舶航迹控制坐标示意图，其中x，y是船舶重心相对于固定坐标系XOY的坐标。　　图1船舶航迹控制坐标　　计算技术与自动化2012年9月　　第31卷第3期吴瑶等：基于输入输出线性化的自适应模糊滑模航迹控制　　采用文献[7]给出的船舶航迹控制数学模型，　　=Vsinφ=r=—r/T—αr3/T+Kδ/T（1）　　式中，y为船舶横向位移，φ为航向角，V为船舶前进速度，r为艏摇角速度，δ为船舶控制舵角，K、T、α由船舶的方型系数、吨位、载重及航速等因素决定。　　设定

6、直线航迹与X轴方向重合，则艏偏角就等于航向角φ，航迹控制问题就转化为设计控制器使船舶横向位移及航向角使其为零。　　3航迹控制系统输入数输出线性化　　构造输出z=φ+η（y），η（y）为关于横偏位移y的连续可导函数。为了保证应用输入输出线性化方法设计的控制律可以使船舶航迹控制全局渐近稳定且当z=0时，可保证z中组合元素y，φ，r的收敛性，输出z需满足如下条件[5]：　　1）定义输出变量z全局渐近收敛于零；　　2）当y≠0时，sin（η（y））y>0；　　3）当y→∞时，∫y0sin（η（y））dy→∞.　　设x=x1x

7、2x3T=yφrT为状态变量，u=δ为控制输入。定义输出变量z=φ+η（y）=x2+arctan（kx1），k为大于零的实数，由设计者选定，显然z=x：针对船舶直线航迹控制的非线性特性，设计一种基于输入输出线性化的自适应模糊滑模控制器，并利用Lyapunov理论，证明该系统在所设计控制器作用下全局渐近稳定，Simulink仿真结果表明，所设计控制器能够有效抑制常规滑模所固有的稳态抖振现象，且在参数摄动及风浪干扰下具有强鲁棒性，较好的实现了对设定航迹的跟踪。　　　　关键词：输入输出线性化；自适应控制；模糊控制；滑模控制　　：TP2

8、73：A　　　　AdaptiveF