欠驱动Hovercraft动态面反演轨迹跟踪控制方法

"欠驱动Hovercraft的动态面反演轨迹跟踪控制" 本文主要研究的是欠驱动Hovercraft（悬浮船）的轨迹跟踪控制问题，提出了一种基于动态面反演的控制策略。 Hovercraft作为一种特殊的水面交通工具，由于其独特的运动特性，如浮力控制和横向移动，常常处于欠驱动状态，即其可用的控制输入少于自由度，这给轨迹跟踪控制带来了挑战。 首先，作者建立了Hovercraft在参考轨迹下的跟踪误差动态方程。这一过程涉及到将Hovercraft的运动模型转化为关于跟踪误差的形式，以便后续设计控制器。这些方程通常包含了Hovercraft的速度、位置以及与参考轨迹之间的偏差等关键变量。 接着，文章应用了反演法来设计控制量。反演法是一种控制理论中的技术，它通过对系统动态模型的逆向操作，将目标输出（如位置或速度）转换为控制输入。在本研究中，设计了三个虚拟速度控制信号和两个实际力矩控制量，这些虚拟信号用于帮助Hovercraft逼近目标轨迹，而实际力矩控制量则用于实现这些虚拟信号。 然后，引入了动态面控制技术。动态面控制是一种用于解决非线性系统控制问题的方法，它可以避免在反演设计过程中频繁地对虚拟控制信号进行微分，从而简化控制器的设计。这里，通过设计三个一阶低通滤波器，可以平滑控制信号，减少高频噪声，同时降低控制器的计算复杂性。 最后，作者利用李雅普诺夫稳定性理论分析了所提出的控制系统。李雅普诺夫稳定性理论是系统稳定性分析的重要工具，它可以证明系统的稳定性并给出误差收敛的范围。文章证明了该控制系统是稳定的，跟踪误差能够收敛到零的一个小邻域内。 通过仿真实验，研究结果显示，提出的控制方法能够有效地跟踪任意光滑的参考轨迹，且具有快速的跟踪控制性能。这表明，动态面反演轨迹跟踪控制方法对于欠驱动Hovercraft是一种有效的控制策略，能够在实际应用中提供良好的轨迹跟踪效果。 关键词：欠驱动Hovercraft；跟踪控制；动态面控制；反演法 这篇研究论文属于“研究论文”类别，刊载于2017年8月的《控制工程》杂志第24卷第8期，由潘昌忠、周兰、周少武和肖小石等人共同完成，他们来自湖南科技大学信息与电气工程学院。文章的中图分类号为TP273，文献标识码为A。