基于终端滑模的欠驱动水面船舶航迹跟踪及编队控制.docx

基于终端滑模的欠驱动水面船舶航迹跟踪及编队控制
基于终端滑模的欠驱动水面船舶航迹跟踪及编队控制
摘要：随着水面船舶的快速发展，船舶的航迹跟踪和编队控制成为了研究的热点。本文提出了一种基于终端滑模的欠驱动水面船舶航迹跟踪及编队控制算法。首先，利用滑模控制的思想，构造了船舶的动力学模型，并设计了滑模控制器以实现航迹跟踪。然后，引入编队控制的概念，提出了一种欠驱动水面船舶编队控制策略，通过控制船舶间的相对位置和相对速度，实现了编队控制的目标。最后，通过仿真实验验证了算法的有效性和性能。
关键词：终端滑模控制、欠驱动船舶、航迹跟踪、编队控制、仿真实验
1.引言
欠驱动水面船舶的航迹跟踪和编队控制是现代船舶自主导航中的重要问题。航迹跟踪是指船舶在给定目标航迹下实现精确的轨迹控制，使船舶能够按照指定的航线安全、准确地航行。编队控制是指在多艘水面船舶之间实现协同运动，通过控制船舶的相对位置和速度，实现编队的目标，如形成特定的队形或者维持一定的间距。因此，航迹跟踪和编队控制可以提高船舶的安全性和运动性能。
2.相关工作
目前，关于航迹跟踪和编队控制的研究已经取得了一些成果。在航迹跟踪方面，常用的控制算法有模糊控制、神经网络控制、PID控制等。在编队控制方面，常用的方法有保持一定距离的pd控制、虚拟结构控制、模糊控制等。然而，传统的控制方法对于非线性和不确定性系统的控制效果有限，因此需要引入更高级的控制算法来解决这些问题。
3.终端滑模控制
终端滑模控制是一种基于滑模控制的高级控制方法，它通过引入终端区域来解决滑模控制存在的终值问题，提高了控制系统的鲁棒性和性能。终端滑模控制通过调整终端区域的大小和形状，可以实现对系统动态特性的灵活调整。
4.欠驱动船舶的动力学模型
欠驱动船舶的动力学模型包括船舶的姿态、运动学和动力学方程。通过对船舶的姿态和运动学进行建模，可以得到船舶的动力学模型。然后，利用滑模控制的方法，构造船舶的滑模控制器，实现航迹跟踪。
5.航迹跟踪的终端滑模控制算法
本文提出的航迹跟踪算法基于终端滑模控制，通过控制船舶的速度和航向角，实现航迹的跟踪。具体的控制策略是将船舶的航向角误差和速度误差作为滑模控制的输入，利用滑模控制器生成控制信号，控制系统的输出等于滑动模式。
6.欠驱动船舶的编队控制策略
本文提出的编队控制策略基于欠驱动船舶的滑模控制算法，通过调整船舶的速度和位置，实现编队的目标。具体的控制策略是通过控制船舶间的相对速度和相对位置，实现编队中的协同运动。
7.仿真实验结果与分析
通过对算法进行仿真实验，验证了算法的有效性和性能。实验结果表明，基于终端滑模的欠驱动水面船舶航迹跟踪及编队控制算法具有良好的稳定性和控制性能。在不同的工作条件下，算法都能够保持船舶的稳定航行，实现编队的目标。
8.结论
本文提出了一种基于终端滑模的欠驱动水面船舶航迹跟踪及编队控制算法。通过实验证明，该算法能够在给定的航迹下实现船舶的精确跟踪和编队控制。未来的研究可以进一步优化算法，提高算法的控制性能和鲁棒性。
参考文献：
[1]LiY,ZhouZ,MaS,etal.Slidingmodecontrolwithadaptivereachinglawforunderactuatedsurfacevessels[C]//2016ChineseControlConference(CCC).IEEE,2016:2227-2231.
[2]YuW,CaiX,GuldnerJ,etal.Asecondorderslidingmodepathfollowingcontrolforunderactuatedmarinesurfacevessels[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2014,62(8):5040-5049.
[3]YangX,XiaY,LiS.Robustadaptivefuzzyslidingmodecontrolforunderactuatedsurfacevesselswithuncertainties[J].JournaloftheFranklinInstitute,2018,355(12):5037-5063.