本文对基于逆推(Backstepping)方法的不确定非线性系统的控制理论及其在船舶运动控制中的应用进行了研究。 船舶航向控制器的设计是船舶运动控制领域内的重要研究课题之一,许多专家学者一直在致力于该方向的研究工作。但是当今大部分船舶航向控制器的设计仍然采用Nomoto线性模型,忽略了船舶操纵运动的非线性因素,未能彻底解决船舶的航向控制非线性问题。针对这一问题,本文基于逆推方法设计了自适应控制器,通过仿真检验,结果表明,所设计的自适应航向控制器可以较好的解决这一问题。 本文首先概述了自动舵、非线性控制理论和逆推方法的发展。介绍了逆推算法的设计原理,进而总结出方法的优越性和局限性。船舶运动模型是研究船舶运动控制的基础,针对船舶模型的非线性、时变性和不确定性的特点,建立了非线性数学模型。基于逆推设计方法,首先设计了一种参数已知的船舶航向控制器;然后对含有不确定参数和外界干扰的船舶运动模型进行自适应控制器的设计,同时对虚拟控制增益参数进行了反奇异值设计,不仅保证了闭环系统是全局一致最终有界,并且可以通过适当的调整参数来获得更好的控制性能,在自适应律中引入了“泄露项”,以防止参数漂移。 最后,在Matlab的Simulink下,对所设计的自适应航向控制器进行仿真检验,仿真结果表明,所设计的自适应航向控制器具有良好的控制能力。