船舶航迹跟踪的滑模控制.pdf

《船舶航迹跟踪的滑模控制.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第22卷第5期(总第131期)船舶V0l-22No．52011年1O月SHIP＆B0AT0t4ctober，2011[研究与设计]船舶航迹跟踪的滑模控制邢道奇张良欣(海军工程大学后勤指挥与工程系天津300450)[关键词]轨迹跟踪；滑模控制；非线性[摘要]为了解决船舶路径跟踪中的非线性问题，在建立船舶非线性模型的基础上，采用指数趋近律，设计了船舶轨迹跟踪的滑模控制器，分别进行了动态直线跟踪和环形跟踪仿真试验，仿真结果表明，船舶动态轨迹跟踪性能良好，能精确保持航迹。[中图分类号]U675．7；TP273[文献

2、标志码]A[文章编号]1001—9855(2011)O5—0010一C5Sliding-modelcontrolfortrajectorytrackingofsurfacevesselsXINGDao—．qiZHANGLiana,——,xin(DepartmentofLogisticsCommandandEngineering，NavalUniv．ofEngineering，Tianjin300450，China)Ke~oids：trajectorytracking；sliding-modelccntrol

3、；nonlinearityAbstract：Inordertosolvethenonlinearproblemsinsurfacevesselstrajectorytracking，thesliding-modelcontroller0fsurfacevesselstrajectorytrackingis~esignedbasedoi11heexponentialreachinglawasweU8sthenonlinearshipmode1．thesimulations0fdynamicstraight—l

4、inetrackingandcircletrackingareproposedrespectively．ThesimulationresultsindicatethatthecontrolperformancecfdynamictrackingiSfavorableandthemethodcanaccuratelytracktrajectories．制成为了一个非线性问题，若采用线性的船舶模型，0引言则会对航迹跟踪控制性能产生影响．难以满足控制要求。故本文采用非线性船舶模型进行船舶轨迹跟由于对船舶控制要求的

5、不断提高，船舶航向控踪控制器设计。制已经不能满足实际需要。从而促使航迹跟踪控制滑模控制器因其具有对系统参数摄动和外界干研究成为船舶控制的研究热点。扰的强鲁棒性，以及控制计算量小、实时性强、快速根据期望航迹是否为时间的函数，船舶航迹跟性好等特点，在解决船舶非线性控制问题上，得到了踪可分为路径跟踪(pathtracking)和轨迹跟踪广泛地运用_21。本文将滑模控制方法引入到船舶(trajectorytracking)。路径跟踪不需考虑时间的静态轨迹跟踪控制中，采用指数趋近律进行滑模控制器几何位置跟踪．而轨迹跟

6、踪则要求实时跟踪时变的设计，对动态直线轨迹和环形轨迹的跟踪控制进行期望轨迹．其跟踪控制的实现比路径跟踪困难得了仿真试验，以验证所设计的滑模控制器的有效性。多⋯。同时，由于船舶运动具有惯性大、非线性、模型仿真结果表明：滑模控制器的轨迹跟踪控制性能良参数不确定以及存在扰动等特点。因此船舶航迹控好，能精确跟踪船舶航迹。[收稿日期]2011--．IC5—3O；[修回日期]2011--06-C9【作者简介]邢道奇(1980一)，男，汉族，博士，研究方向：海洋结构物运用工程。张良欣(1965一)，男，汉族，教授，博导，

7、研究方向：海洋结构物运用工程、装备可靠性工程。10船舶航迹跟踪的滑模控制1船舶非线性数学模型[s]2航迹跟踪的滑模控制器设计虽然船舶在海洋中实际运动时通常具有6个自2．1滑模控制器设计由度，但是，对大多数船舶运动及其控制问题而言，由式(1)可得：仅考虑3个自由度的平面运动是可行的。因此．本=()()R()+()而(4)文以船舶平面运动方程为基础，研究船舶轨迹控制将式(4)代人式(2)中，船舶动力学方程变为：问题。M·()西+C·(V，)而+D(，)J，7=(5)向量=[，y，]表示地球NED坐标系中船舶式中

8、：·()=()；的位置和首向角，向量=[u，，rl表示船体坐标系中船舶的纵向速度、横向速度和首向角速度。C·(V，6)=EC(v)一纭()尺()]R()；地球NED坐标系和船体坐标系之间转换的运“D·(V，)=D()R()。动学方程为：定义轨迹跟踪误差量_5]为：西=()(1)葡=叼一77d(6)船体坐标系中的船舶平面运动方程为：假设期望轨迹吼，西和吼光滑且有界，定义虚+C()+D()V=T(2)拟期望轨迹为：其