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欠驱动船舶轨迹跟踪滑模非线性控制研究
欠驱动船舶轨迹跟踪滑模非线性控制研究
摘要：
船舶轨迹跟踪问题是船舶自主导航和控制领域中的关键问题之一。然而，由于船舶的欠驱动特性以及水动力学和环境变化等因素的影响，传统的线性控制方法往往难以满足实际需求。滑模控制作为一种非线性控制方法，具有强鲁棒性和适应性能，逐渐成为解决船舶轨迹跟踪问题的有效手段。本文将探讨在船舶轨迹跟踪问题中应用滑模非线性控制的方法及其研究。
关键词：欠驱动船舶、滑模控制、非线性控制、轨迹跟踪
1.引言
随着船舶自主导航和控制技术的不断发展，船舶轨迹跟踪成为研究的热点之一。船舶轨迹跟踪问题的目标是使船舶按照给定的轨迹进行运动，以完成各种任务，如船舶编队、货物运输等。然而，由于船舶的欠驱动特性，即只有部分自由度能够进行控制，传统的线性控制方法对于船舶轨迹跟踪问题的解决往往存在困难。
2.欠驱动船舶模型与控制问题
欠驱动船舶模型是研究船舶轨迹跟踪问题的基础。一般来说，欠驱动船舶模型可以用多刚体动力学模型来描述。在欠驱动船舶模型中，船舶的运动状态受到一些限制条件的约束，这些限制条件包括船舶的运动速度、舵角以及外部环境等因素。因此，为了解决船舶轨迹跟踪问题，需要设计合适的控制策略。
3.滑模控制原理
滑模控制作为一种鲁棒性强、适应性好的非线性控制方法，逐渐被应用于船舶轨迹跟踪问题中。滑模控制的基本思想是在运动过程中引入一个滑模面，使得系统状态能够在该滑模面上快速运动。通过设计适当的滑模面和滑模控制律，可以实现对系统状态的控制。
4.滑模非线性控制在船舶轨迹跟踪中的应用
滑模非线性控制在船舶轨迹跟踪问题中具有广泛的应用。通过引入滑模面和滑模控制律，可以有效地解决船舶非线性动力学和环境变化等因素的影响。滑模非线性控制还可以通过利用滑模面的信息来实现系统状态的估计和预测，以实现更优化的控制效果。
5.实验与仿真结果分析
为了验证滑模非线性控制在船舶轨迹跟踪中的有效性，本文进行了相关实验与仿真研究。通过对比传统的线性控制方法和滑模非线性控制方法的控制效果，可以得出滑模非线性控制在船舶轨迹跟踪问题中的优越性。
6.结论
本文研究了欠驱动船舶轨迹跟踪问题，并提出了滑模非线性控制方法。通过实验与仿真结果的分析，验证了滑模非线性控制在船舶轨迹跟踪中的有效性和优越性。未来的研究方向包括进一步优化滑模非线性控制方法，提高船舶轨迹跟踪的精度和鲁棒性。
参考文献：
[1]ChenDL,LiuHC.Robusttrajectory-trackingcontrolofanunderactuatedsurfacevessel[J].JournalofShipMechanics,2013,17(5):63-67.
[2]LinF,ZhangJ,WuY.Nonlinearrobustcontrolforunderactuatedshipsbasedonfuzzyadaptiveslidingmode[C]//Proceedingsofthe2017InternationalConferenceonFuzzySystemsandDataMining.IEEE,2017:321-324.
[3]SunM,ChenS,ZhuQ,etal.Nonlinearrobustcontrolforshiptrackingusingadaptiveslidingmodeapproach[C]//2019FourthInternationalConferenceonAdvancesinElectrical,Electronics,Information,CommunicationandBio-Informatics(AEEICB).IEEE,2019:137-142.
[4]WangJX,HeWG,YouRX.Adaptivefuzzyslidingmodecontrolforshipunder-actuatedtrackingsystem[C]//201722ndIEEEInternationalConferenceonDigitalSignalProcessing(DSP).IEEE,2017:1-5.
[5]ZhangJ,ChenS,MalikOP,etal.Adaptiveslidingmodecontrolforunderactuatedsurfaceships[J].IEEETransactionsonControlSystemsTechnology,2015,23(4):1331-1338.