基于非线性滑模的有限时间船舶编队控制

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:poloya
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随着全球范围内商品贸易的繁荣,海上运输作为目前世界上运载量最大、运输成本最低以及运输安全性最高的物流运输方式发挥着愈加重要的作用;此外,随着“无人驾驶”这一概念的提出,无人船相关技术的发展在我国全面推进的“智能交通”、“中国制造2025”等战略规划中占有举足轻重的地位。因此,先进智能控制算法在航运领域的应用与发展对于提高我国的综合实力具有重要而深远的意义。对于大多数承担海上运输及作业任务的船舶而言,除本质非线性特性、环境扰动、参数摄动等特质外,其侧推器在船舶常速行驶的情形下通常难以发挥实质性效用,水面船舶的这种欠驱动特性使得对其运动控制问题的研究变得非常具有挑战性。此外,由于船舶编队系统在实际海上作业时具有更强的容错性与鲁棒性,且在面向复杂任务时具有更强的适应性与更高的工作效率,因此欠驱动水面船舶的编队控制问题近些年来引起了人们的广泛重视。另一方面,出于对工程实践中时效性的考虑,收敛更快、精度更高的有限时间控制作为一种优于传统渐近控制的新兴控制方法得到了快速发展。因此,如何基于现有的理论与技术,开展欠驱动水面船舶的有限时间编队控制相关研究成为了航海界与控制界的一个热点方向。本论文针对国内外欠驱动船舶编队控制的相关成果开展深入探究,具体的工作如下:在领导-跟随编队控制框架下,本文通过采用非线性滑模方法,给出了一种新型的欠驱动船舶有限时间编队控制策略。通过对控制方案进行分区设计,不仅实现了水面船舶的有限时间编队目标,而且克服了传统终端滑模控制中可能存在的奇异问题。随后运用李雅普诺夫(Lyapunov)理论证明了该算法的有限时间稳定特性,并通过Matlab平台对其有效性加以数值仿真验证。最后,总结本论文的工作,并对欠驱动船舶编队控制研究中若干需进一步解决的关键问题加以分析和说明。
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