摘要：本文以轨迹跟踪为任务目标,针对具有未建模动态,参数不确定和未知扰动的全垫升气垫船非线性动力学模型,提出了一种新颖的全鲁棒滑模变结构控制器,并且结合一种不需要扰动上界信息的综合观测器对系统的总扰动进行前馈补偿.首先给出气垫船四自由度的运动学和动力学矢量模型,在扰动上界未知的条件下,针对系统内外不确定性的本质不同,分别设计前馈补偿,同时加入补偿项进一步减小估计误差.然后,设计了一种新颖的无趋近过程的全鲁棒滑模控制器,保证高速行驶的气垫船在未知扰动的环境中仍能够较好的完成跟踪任务,减小跟踪误差的同时消除抖振,增强气垫船控制系统的鲁棒性.通过Young’s不等式和李雅普诺夫稳定性证明整个联动系统的稳定性,仿真结果表明该方法的有效性.

摘要：针对具有输入饱和限制的非线性不确定动力定位船设计了一种基于扰动观测器的终端滑模(TSM)航迹跟踪控制算法。首先,为解决系统时变外部干扰与模型参数不确定问题,设计了一种终端滑模干扰观测器,该观测器可以保证所得到的估计误差在有限时间内收敛到零,进而提出了一种基于扰动观测器的终端滑模航迹跟踪控制律,该控制律可以保证动力系统在不确定输出上下界情况下给出合理的控制指令,并利用有限时间Lyapunov稳定性理论证明了在所设计的控制律下闭环系统所有状态在有限时间内收敛。最后,动力定位船舶的航迹跟踪控制仿真试验研究验证了该控制算法的有效性。

摘要：随着海上任务越来越复杂,许多作业过程要求多艘船舶相互协调.本文结合了虚拟领航者协调策略和无源性理论控制方法的各自优势,提出了一种基于虚拟领航者的无源协调控制方法,来解决多艘船舶的协调路径跟踪问题.通过对虚拟领航者设计路径跟踪控制器,使其领导作业船舶按着指定的路径进行协调作业,同时定义每艘船舶的队形参考点,应用无源性理论设计同步控制器使所有船舶的参考点趋于一致,最终实现多艘船舶按一定的队形进行协调路径跟踪.最后通过仿真实验验证了所提算法的有效性.

摘要：针对S型铺管船提出了一种适于控制任务的一体化建模方法。该建模方法将管道和铺管船作为整体以机械臂方程的形式用最少的坐标表示出来。这样就可以利用机械臂的方法设计控制器和进行稳定性分析。该模型构成了一个冗余的系统并且能够证明是无源的。然后针对铺管船提出能够保证闭环系统稳定的无源控制器。仿真结果验证了所建模型的正确性和设计的控制器的有效性。

摘要：针对一类严格反馈形式的非线性二阶多输入多输出系统,提出一种带有加速度规划的输出跟踪动态控制策略.引入一个代替时间变量的路径参数用以规划路径跟踪时的加速度,回避了设计内环加速度控制回路的常规方法,简化了控制器的设计过程.对二阶系统的控制项求导进行系统扩维,基于新的增广系统,设计了使系统输出收敛于期望路径的反馈线性化动态控制律.再对加速度跟踪误差基于梯度法设计更新律使其渐近收敛于零,最后通过调节期望加速度实现定常速度控制.理论分析表明,误差闭环系统一致渐近稳定,速度误差有界.动力定位船舶循迹控制仿真结果表明了所提出控制器的有效性.

摘要：针对带有模型参数不确定性的动力定位船舶,提出一种动力定位船全速域自适应滑模无源观测器,解决了现有观测器只能应用于低速作业动力定位系统的问题.采用速度估计误差作为滑模面,设计切换自适应律估计模型不确定项上界,保证了观测器增益的有界性和系统鲁棒性.对速度估计回路的无源性进行了分析,并证明了观测器的稳定性.最后利用船舶动力定位系统半实物仿真平台,验证了算法的有效性.

摘要：针对多艘船舶的协调路径跟踪问题,提出了基于虚拟领航者的分布式协调策略.该策略假定一个虚拟体作为领航者,每艘船与该领航者的相对位置作为闭环系统的反馈信息,通过对每艘船进行控制器设计,使多船形成一定的队形,实现协调路径跟踪.同时引入自适应反步法来设计每艘船的控制器,以抵消海流的干扰,增强系统的鲁棒性,并用李雅普诺夫理论证明了所设计控制器的稳定性.最后通过仿真验证了所提出的协调策略和控制方法的有效性.

摘要：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。

摘要：针对动力定位船的轨迹跟踪中经常涉及到控制偏差较大和跟踪误差无法估计的问题,本文提出了一种预设性能函数的约束控制方法。首先建立了三自由度简化的动力定位船运动学和动力学模型,根据模型特性设计了基于预设性能函数的反步自适应控制器,该控制方法能够保证动力定位船在执行轨迹跟踪任务过程中的暂态性能和稳态性能满足控制指标要求。然后通过Lyapunov稳定性判据,证明了满足预设性能前提下的系统稳定性并且能够快速收敛到平衡点的微小邻域内。实验结果表明:此方法减小了轨迹跟踪误差的超调量,保证了轨迹跟踪误差始终在预先设定的约束范围内。

摘要：在大范围海图数据环境中,应用遗传算法(GA)对自主式水下潜器(简称 AUV)的全局路径规划问题进行了研究,介绍了基于栅格的环境模型及其数据结构,讨论了 GA 的染色体编码方式、基于知识的初始种群生成方法与适应度函数,基于领域知识设计了五种遗传算子。通过仿真结果可以看出:采用可变长编码方式使路径描述简单、清晰,算法具有收敛速度快、求解实际问题效率高的特点。