非线性干扰观测器在船舶编队控制中的应用

"基于非线性干扰观测器的船舶编队控制方法" 在当前的海洋工程领域，单艘动力定位船舶已经难以满足复杂的海洋作业需求，多艘动力定位船的编队控制成为了解决这一问题的关键技术。船舶在海上作业时，会遭受风、浪、流等不可预测的环境干扰，这些干扰严重影响了船舶的定位精度。为了提高编队控制的效率和准确性，研究如何有效估计和补偿这些环境干扰至关重要。 文献[1]采用了自抗扰控制技术，通过未建模扰动因素的估计和补偿，来增强控制系统的稳定性。文献[2]则利用自适应在线逼近技术和径向基神经网络，设计了一种控制器，可以估计时变且不确定的海洋环境干扰。文献[3-4]则借助自适应模糊控制方法，逼近并处理未知环境干扰，以应对模型不确定性的问题。文献[5]通过滑模控制技术，使得干扰观测器的估计误差在有限时间内达到扰动的固定倍数范围内。文献[6-7]分别应用非线性扩展状态观测器和干扰观测器来估计未知时变环境扰动，确保观测误差保持在一定界限内。 在非线性系统的控制设计中，不仅需要处理不确定的环境干扰，还需要关注系统的动态响应品质。文献[8]提出了漏斗法，根据漏斗形状调整系统瞬态响应速率，但这种方法在误差接近边界时可能导致控制增益无限增大。文献[9]则引入了预设性能控制的概念，限制系统输出误差在任意设定范围内，提高了系统的鲁棒性和控制效率。文献[10]针对高阶非线性系统，提出了一种基于网络拓扑的带预设性能的编队自适应控制方法。文献[11]则针对水面船只的轨迹跟踪控制，使用自适应神经输出反馈控制，确保跟踪误差保持在预定义的范围内。 基于上述研究，本文针对多动力定位船舶在未知时变干扰环境下的编队控制问题，设计了一种非线性干扰观测器，能快速收敛并准确估计不确定扰动。接着，结合船舶间的通信拓扑结构，运用反步法设计分布式编队控制器，以补偿环境干扰。同时，通过引入响应速度函数，将跟踪误差转换，从而实现期望的跟踪性能水平。最后，通过仿真验证了所提出的控制策略在实际应用中的有效性。 本文的工作为多动力定位船舶的编队控制提供了新的思路，特别是在面对复杂海洋环境干扰时，能够实现更精确的编队控制，提升了作业效率和安全性。通过非线性干扰观测器的设计和分布式控制器的应用，有望在未来海洋工程中发挥重要作用。