欠驱动水面船舶非线性信息融合航迹跟踪控制.pdf

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1、第35卷第7期哈尔滨工程大学学报VoI

2、35№．72014年7月JournalofHarbinEngineeringUniversityJu1．2014欠驱动水面船舶非线性信息融合航迹跟踪控制胡洲，王志胜，甄子洋(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)摘要：针对欠驱动水面船舶的航迹跟踪控制问题，提出了一种非线性信息融合控制算法。将连续的船舶模型转化为非线性离散状态方程，利用信息融合估计定理融合软约束信息、硬约束信息，具体为二次型性能指标函数中包含的期望航迹和控制能量的软约束信息，以及船舶状态方程和输出方程

3、的硬约束信息，获得控制量的最优估计。与传统的最优控制方法不同，信息融合控制方法无需求解非线性黎卡提方程。仿真结果表明该算法具有良好控制效果，且对外界环境干扰具有一定的鲁棒性能。关键词：欠驱动水面船舶；信息融合；航迹跟踪；非线性离散系统；跟踪控制；最优控制doi：10．3969／j．issn．1006—7043．201306013网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／doi／10．3969／j．issn．1006—7043．201306013．html中图分类号：TP273文献标志码：A文章编

4、号：1006—7043(2014)07。0820．06TrackingcontrolofanunderactuatedsurfacevesselbasedonthenonlinearinformationfusioncontrolalgorithmHUZhou，WANGZhisheng，ZHENZiyang(CollegeofAutomationEngineering，NaniingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：

5、Regardingthetrajectorytrackingcontrolproblemofanunderactuatedsurfacevessel，anonlinearinforma—tionfusioncontrolalgorithmwasproposedinthispaper．Thecontinuousmodeloftheshipwastransformedintonon—lineardiscretestateequations．Theinformationfusionestimationtheoremwasu

6、sedtofusethesoftconstraintsinforma—tion，whichincludestheexpectationtrajectoryandthecontrolenergyinthequadraticperformanceindexfunction，andthehardconstraintsinformationsuppliedbythesystemstateequationandtheoutputequation．Then，theoptimalestimationsofthecontrolled

7、variablewereobtained．Differentfromthetraditionaloptimalcontrolmethod，theinfor—marionfusioncontrolalgorithmavoidssolvingthenonlinearRiccatiequation．Thesimulationresultsindicatethatthisalgorithmhasagoodcontroleffectandhasacertainrobustperformanceforexternalenviro

8、nmentaldisturbances．Keywords：underactuatedsurfacevessel；informationfusioncontrol；trajectorytracking；trackingcontrol；nonlin—eardiscrete．timesystems；optimalcontrol欠驱动系统是指控制输入向量空间的维数小于学方程带有非完整约束条件，不满足著名的Brockett其广义坐标向量空间维数的系统⋯。近年来，有关定理的必要条件J，所以要实现欠驱动船舶的航迹欠驱动系统控制问题

9、的挑战性引起了控制学界的关跟踪控制较为困难J。目前，该问题已成为控制领注。常规船舶是一类典型的欠驱动系统，它依靠发域内的一个研究热点。文献[4—5]对欠驱动船舶的动机转速产生的推力和方向舵偏转产生的转弯力矩直线航迹跟踪控制的稳定性进行了研究。文献[6]来实现水面上2个坐标位置和航向的控制。由于欠利用反步技术和输出重定义提出了一种全局指数稳驱动水