模糊滑模控制在船舶航向非线性系统中的应用

针对一类不确定的非线性系统,把模糊自适应和滑模控制相结合,设计了一种积分滑模控制器。该方法采用模糊逻辑逼近非线性函数,并且为了消除常规滑模控制器被跟踪信号及其导数已知的限制,在滑模控制中引入了积分项;基于Lyapunov方法导出在线调节的切换增益自适应律,有效的克服了系统固有的抖振问题。理论分析证明了闭环系统的稳定性和跟踪误差收敛于零的某邻域内。用该控制器对船舶航向进行跟踪控制的仿真研究结果表明:该控制器具有较强的鲁棒性和较好的跟踪性能。     

滑模控制算法在船舶动态轨迹跟踪中的应用

由于变结构控制系统的鲁棒性和自适用控制能使船舶很好的适应外界干扰,本文设计滑动模态自适应反步控制的船舶动态轨迹跟踪控制,同时利用滑模变结构中的虚拟控制以及将滑动模态与自适用反步控制相结合后的Lyapunov函数来处理控制器的设计。最后通过实验验证该控制器的有效性。     

动力定位船舶自适应反步逆最优循迹控制

针对动力定位船舶的循迹任务,提出了一种基于逆最优思想的自适应反步控制器,并对误差系统的稳定性进行了分析。首先对无干扰的动力定位船舶线性化模型设计最优跟踪控制器,利用时变Riccati方程进行反步状态变换得到误差系统,再基于 Lyapunov 函数对定常干扰设计自适应律和使系统渐近稳定的控制律,最后给出此控制律作用下的最优性能指标。该方法不用论证带有H∞范数的广义Riccati代数方程可解性,避免了传统非线性 H∞鲁棒控制需要求解 Hanmilton-Jacobi-Issacs(HJI)方程的问题。动力定位船舶的循迹控制仿真研究验证了算法的有效性。     

船舶直线航迹控制的滑模自适应反步控制

对船舶在直线航迹运行过程中的控制方法进行研究。针对普通的控制方法没有涉及环境干扰和船舶的模型摄动等方面的影响,提出改进型的积分型船舶反步自适应滑模控制方法并将改进后的控制方法运用在船舶控制系统中。软件仿真结果表明,改进后的船舶控制器可改善系统的全局稳定性,同时也解决了船舶滑模控制器的"抖振"问题。     

滤波反步法在船舶航向自适应控制中的应用

船舶航向自适应控制是船舶控制领域研究的重点,近年来,随着计算机技术的快速发展,一些典型的控制算法被应用于船舶航向控制系统中。滤波反步法是一种以Lyapunov函数为基础的递归设计算法,能够有效提高自适应控制系统的鲁棒性。本文研究船舶运动方程和船舶航向控制理论,在此基础上,设计基于滤波反步法的船舶航向自适应控制器。     

一类非线性自适应系统的稳定性研究

针对非线性系统,提出加入自适应控制规律后系统的稳定性分析方法,利用Lyapunov稳定性理论进行分析,证明所设计的自适应控制器是收敛的,具有很强的鲁棒特性和抗扰动能力.通过Matlab仿真软件验证白噪声扰动情况下自适应控制系统的稳定性能.     

基于反步控制的半潜平台动力定位数值计算研究（英文）

装配动力定位系统的浮式结构物由于受到风、浪、流等交变载荷影响,其运动具有明显时滞和非线性特性,为克服传统控制策略抗干扰能力差对动力定位控制性能的影响,文章基于反步法,对动力定位系统进行了控制器设计研究,针对波浪及流外载荷形成的有界干扰问题,采用自适应策略进行估计补偿。并借助Lyapunov理论分析了闭环系统的稳定性。最后以某深水半潜平台为对象,对其不同工况下动力定位作业进行了数值计算研究,验证了所设计控制器具有良好的鲁棒性,可为后续动力定位模型试验及实船控制器设计提供理论支撑。     

基于反步控制的半潜平台动力定位数值计算研究

装配动力定位系统的浮式结构物由于受到风、浪、流等交变载荷影响，其运动具有明显时滞和非线性特性，为克服传统控制策略抗干扰能力差对动力定位控制性能的影响，文章基于反步法，对动力定位系统进行了控制器设计研究，针对波浪及流外载荷形成的有界干扰问题，采用自适应策略进行估计补偿。并借助Lyapunov理论分析了闭环系统的稳定性。最后以某深水半潜平台为对象，对其不同工况下动力定位作业进行了数值计算研究，验证了所设计控制器具有良好的鲁棒性，可为后续动力定位模型试验及实船控制器设计提供理论支撑。     

欠驱动自主水下航行器的镇定及跟踪

针对仅带有轴向推力及偏航力矩的欠驱动自主水下航行器（AUV）,研究了其在水平面内的轨迹跟踪及定点调节问题。基于Lyapunov直接法及串接一反步技术,通过采用一种带有动力学震荡器的跟踪误差变换,设计了一种统一的连续时变状态反馈控制律,并给出了参数自适应更新律以估计AUV的非线性阻力参数,使得AUV的位置及方向角的跟踪误差全局渐近收敛于零点左右的一个邻域内,该区域可以为任意小,并且,AUV的跟踪性能与外界干扰的大小无关。仿真结果证明所提出的方法是有效的。     

反步法在航向自适应控制中的研究与仿真

为了提高船舶的操纵性能,研究人员对船舶的航向控制投入了大量的精力。由于船舶在航行时会受到气候和水文的影响,运动状态呈现不确定性和非线性,传统的船舶航向控制效果较差。本研究基于反步法,设计一种逐级递推优化的船舶航向自适应控制系统,并系统讲述反步法的理论基础和航向自适应控制系统的工作原理及其仿真。     

Design of robust fuzzy controller for ship course-tracking based on RBF network and backstepping approach

1 Introduction1 Recently, adaptive control approaches based on fuzzy neural network (FNN) have been studied in a lot of papers [1–4]. FNN combines the capability of fuzzy reasoning in handling uncertain information and the capability of artificial neural…     

基于反步法的欠驱动吊艇架主动式减摆控制

针对欠驱动的三维吊艇架系统,提出了基于反步法的主动式减摆控制方法。建立了三维吊艇架系统的动力学模型,采用反步法设计了吊艇架的减摆控制装置,和其他船用吊艇架的减摆控制相比,采用主动式减摆,结构紧凑,且对负载质量和吊绳长度不确定的情况下,依然可实现对吊艇摆动的有效抑制。仿真结果表明了该减摆控制器有着良好的减摆效果。     

欠驱动无人艇的全局时变反馈镇定控制

欠驱动水面船舶的镇定控制大多采用切换控制的方法,对该问题的研究普遍存在需要角速度持续激励的问题,时变控制可以有效解决该问题,但时变系统存在构造李雅普洛夫函数的困难,为此提出了一种时变状态变换,并基于反步法构造了该系统的李雅普洛夫函数,从而设计了一种全局时变反馈镇定控制器,取消了对初始条件角速度不能为零的约束。仿真结果验证了所提出方法的有效性。     

欠驱动船舶全局K指数航迹跟踪的级联反步法

研究一类欠驱动船舶的全局航迹跟踪问题。首先对船舶动态系统和期望动态系统分别进行全局微分同胚变换,得到航迹跟踪的误差动态方程,由此将航迹跟踪问题转化为误差动态系统的镇定问题,然后利用级联系统理论将误差动态方程的镇定问题分解为两个独立子系统的镇定问题。通过分别为子系统设计全局指数稳定控制律实现了欠驱动船舶的全局K指数航迹跟踪。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

吊艇架非线性阻尼优化设计

针对吊艇架减摆系统,设计了减摆罩基于母船横摇、纵摇两个自由度的解耦的阻尼结构,使阻尼器的减摆作用相互独立,互不影响。建立了该种减摆结构的数学模型,提出了利用船舶摇摆谱密度对数学模型进行了统计线性化分析,通过最优计算得出最优阻尼阀开口,针对被动减摆装置的局限性,利用模糊方法设计了最优阻尼的半主动控制策略。     

带漂角和输入饱和的水面船舶航向控制

[目的]为处理水面船舶航向控制过程中受到的非零漂角和输入饱和影响,提出一种基于反步法的航向控制方法。[方法]首先,利用相对速度求出实际漂角,再通过漂角对航向角误差进行修正;然后,采用一种预滤波方法减小航向改变时对航速变化的影响,同时引入双曲正切函数和Nussbaum函数逼近输入约束,结合自适应律对逼近误差和艏摇方向上的扰动进行估计;最后,借助指令滤波器简化反推过程,并通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。[结果]仿真结果表明,所提控制器有效减小了水面船舶的航向输出误差,且能始终保持较小的控制输入力矩。[结论]研究成果可为水面船舶航向控制设计提供参考。     

基于Backstepping的船舶航向自适应滑模控制

针对Norrbin非线性船舶运动数学模型,提出了一种基于Backstepping的自适应滑模控制策略。为了消除外界扰动的影响,引入扰动估计器的设计方法,并借助Lyapunov函数证明了该控制器可以确保闭环系统渐近稳定,使系统的跟踪误差趋于零。与传统的PID控制策略相比,具有较好的跟踪能力和较快的响应速度。     

ISS-based robust adaptive fuzzy algorithm for maintaining a ship＇s track

This paper focuses on the problem of linear track keeping for marine surface vessels. The influence exerted by sea currents on the kinematic equation of ships is considered first. The input-to-state stability （ISS） theory used to verify the system is input-to-state stable. Combining the Nussbaum gain with backstepping techniques, a robust adaptive fuzzy algorithm is presented by employing fuzzy systems as an approximator for unknown nonlinearities in the system. It is proved that the proposed algorithm that guarantees all signals in the closed-loop system are ultimately bounded. Consequently, a ship＇s linear track-keeping control can be implemented. Simulation results using Dalian Maritime University＇s ocean-going training ship ＇YULONG＇ are presented to validate the effectiveness of the proposed algorithm.     

ISS-based robust adaptive fuzzy algorithm for maintaining a ship's track

This paper focuses on the problem of linear track keeping for marine surface vessels. The influence exerted by sea currents on the kinematic equation of ships is considered first. The input-to-state stability(ISS) theory used to verify the system is input-to-state stable. Combining the Nussbaum gain with backstepping techniques,a robust adaptive fuzzy algorithm is presented by employing fuzzy systems as an approximator for unknown nonlinearities in the system. It is proved that the proposed algorithm that guarantees all signals in the closed-loop system are ultimately bounded. Consequently,a ship's linear track-keeping control can be implemented. Simulation results using Dalian Maritime University's ocean-going training ship 'YULONG' are presented to validate the effectiveness of the proposed algorithm.     

具有预设性能的船舶轨迹跟踪动态面控制

为了提高船舶轨迹跟踪非线性控制系统的暂态性能和稳态性能,本文设计了一种具有预设性能的船舶动态面轨迹跟踪控制器。首先,根据船舶轨迹跟踪控制系统的特点设计了满足实际要求的预设性能约束函数,并把其等价为无约束函数方程。再次,在此基础上利用动态面技术设计了一种有预设性能的船舶轨迹跟踪控制器,动态面技术的引入解决了传统反步法的计算膨胀问题,具有计算量小、易于实际工程的实现等优点。最后,通过 Lyapunov 理论证明了,控制系统中的所有信号都是一致最终有界,且跟踪误差能够收敛到一个预设的区域内,同时保证其稳态误差、最大超调量和收敛速度均满足预先设定的性能要求。通过一艘供给船进行仿真研究,结果表明了所设计的控制器的有效性。