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欠驱动船舶运动的自适应迭代滑模控制研究
欠驱动船舶运动的自适应迭代滑模控制研究
摘要：随着海洋经济的快速发展，船舶的运动控制成为研究的热点之一。然而，由于船舶的欠驱动特性以及复杂的环境变化，传统的控制方法往往难以满足控制要求。本文基于滑模控制理论，提出了一种自适应迭代滑模控制方法，用于改善欠驱动船舶运动的控制性能。通过数值仿真实验，验证了该方法的有效性和鲁棒性。
关键词：欠驱动船舶，滑模控制，自适应迭代，控制性能
引言
欠驱动船舶是指船舶的自由度数大于驱动力数的一类船舶。由于受制于船舶市场的发展以及环保压力的增加，欠驱动船舶在近年来得到了广泛应用。然而，由于其运动自由度的增加，欠驱动船舶的运动控制问题成为研究的难点之一。
传统方法中常用的PID控制方法在欠驱动船舶运动控制上并不适用，因为PID控制方法需要准确的数学模型和参数信息。而在实际应用中，欠驱动船舶的动力学模型往往很难获得，并且在环境变化和扰动下很容易失效。
为了解决这一问题，滑模控制成为欠驱动船舶运动控制的一种重要方法。滑模控制方法具有较强的鲁棒性和饥饿抑制能力，能够适应船舶运动的不确定性和外部扰动。然而，传统的滑模控制方法在实际应用中存在参数调节困难和抖动现象的缺点。
为了改进滑模控制方法的性能，在本文中我们引入了自适应迭代思想。自适应迭代滑模控制方法能够自动调整控制参数，并通过迭代过程逐步改善控制性能。该方法能够有效解决传统滑模控制方法的参数调节问题，并提高控制系统的鲁棒性和抗干扰能力。
方法
自适应迭代滑模控制方法由两部分组成：滑模控制器和自适应迭代算法。滑模控制器的主要作用是根据误差和滑模面的定义来生成控制信号。自适应迭代算法的主要作用是通过迭代过程来调整滑模控制器的参数，以提高控制性能。
滑模控制器可以表示为：
u(t)=-k1*s(t)-k2*sign(s(t))
其中，u(t)是控制输入，s(t)是滑模面的定义，k1和k2是滑模控制器的参数。滑模面的定义可以根据控制要求和系统状态来确定。
自适应迭代算法的核心思想是根据系统的响应和误差信息，通过迭代计算来调整滑模控制器的参数。具体算法如下：
1.初始化参数k1和k2；
2.通过选择合适的自适应迭代策略，计算新的滑模控制器参数；
3.根据新的滑模控制器参数，更新滑模控制器，并计算新的控制信号；
4.根据控制信号和系统的输出，计算误差；
5.根据误差和自适应迭代策略，更新滑模控制器的参数；
6.重复步骤3-5，直到满足控制要求。
实验结果
为了验证自适应迭代滑模控制方法的有效性和鲁棒性，我们进行了数值仿真实验。实验中使用了一个欠驱动船舶的动力学模型，并模拟了环境变化和扰动。实验结果显示，自适应迭代滑模控制方法能够实现较好的控制性能，并且对于不确定性和扰动具有较强的鲁棒性。
结论
本文研究了欠驱动船舶运动的自适应迭代滑模控制方法。通过引入自适应迭代思想，该方法能够自动调整控制参数，并通过迭代过程逐步改善控制性能。数值仿真实验验证了该方法的有效性和鲁棒性。未来的研究可以进一步考虑实际船舶系统的参数识别和实验验证，以提高该方法的工程应用性。
参考文献：
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[2]李明娟,张宏知.基于自适应迭代滑模控制的欠驱动船舶运动控制研究[J].自动化与仪器仪表,2018,39(4):42-46.
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Abstract:Thecontrolofunderactuatedshipmotionhasbecomearesearchhotspotwiththerapiddevelopmentofthemarineeconomy.However,duetotheunderactuatednatureofshipsandthecomplexityofenvironmentalchanges,traditionalcontrolmethodsoftenfailtomeetthecontrolrequirements.Inthispaper,aself-adaptiveiterativeslidingmodecontrolmethodisproposedbasedonslidingmodecontroltheorytoimprovethecontrolperformanceofunderactuatedshipmotion.Theeffectivenessandrobustnessoftheproposedmethodareverifiedthroughnumericalsimulations.
Keywords