欠驅(qū)動船舶航跡跟蹤控制技術(shù)研究.pdf

1、欠驅(qū)動水面船舶是指一類橫向上沒有安裝獨(dú)立的推進(jìn)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(jié)構(gòu)上的特殊性,采用常規(guī)的控制方法實(shí)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(diǎn)?？紤]到航跡跟蹤控制具有改善航行經(jīng)濟(jì)性、增加航行安全性以及降低系統(tǒng)安裝費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn),本文主要針對欠驅(qū)動水面船舶的航跡跟蹤控制問題進(jìn)行研究。
　　 首先,在合理的假設(shè)條件下,建立了欠驅(qū)動船舶水平面三自由度數(shù)學(xué)模型,并通過

2、建立的數(shù)學(xué)模型研究欠驅(qū)動水面船舶的控制特性,進(jìn)行船模仿真實(shí)驗(yàn)等一系列工作,目的是為后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)做以鋪墊。
　　 其次,研究軌跡跟蹤控制方法。為了明確控制目標(biāo),需要建立跟蹤過程的數(shù)學(xué)模型,考慮到跟蹤模型自身的特點(diǎn),采用反步法的設(shè)計(jì)思想并結(jié)合Lyapunov直接法設(shè)計(jì)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(jìn)行仿真驗(yàn)證。為了實(shí)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(shè)

3、計(jì)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(jìn)行仿真對比研究。
　　 再次,考慮到跟蹤數(shù)學(xué)模型具有的級聯(lián)特性,將級聯(lián)系統(tǒng)理論應(yīng)用于欠驅(qū)動水面船舶的跟蹤控制器當(dāng)中,把跟蹤數(shù)學(xué)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(shè)計(jì)鎮(zhèn)定控制律從而得到實(shí)際控制輸入量表達(dá)式。同樣地,在相同的初始條件下,采用三種控制器進(jìn)行仿真對比研究。
　　 最后,通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)得出結(jié)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