欠驱动水面船舶自适应轨迹跟踪控制器设计

“不确定欠驱动水面船舶自适应轨迹跟踪控制器设计，张丽萍，张中才，武玉强，中国科技论文在线，国家自然科学基金资助，针对含有不确定参数的三自由度欠驱动水面船舶系统，利用李亚普诺夫直接法、反步递推技术和鲁棒自适应技术设计控制器，确保闭环轨迹跟踪误差系统的全局实用稳定性。” 这篇论文的研究焦点集中在如何为含有不确定参数的三自由度欠驱动水面船舶设计一个有效的自适应轨迹跟踪控制器。欠驱动船舶是指其动力系统无法独立控制所有自由度的船只，这类船只的控制问题在海洋工程中具有重要研究价值，因为它们在成本和复杂性上相比全驱动船舶有显著优势。 首先，论文提到了“李亚普诺夫直接法”，这是一种在控制系统理论中广泛使用的分析方法，用于证明系统的稳定性。通过构造一个合适的李亚普诺夫函数，可以证明控制系统在运行过程中状态变量的变化趋势，从而保证系统的稳定性。 其次，反步递推法是一种控制设计技术，它允许控制器逐层设计，从系统的输出到内部状态，直至输入，这种方法特别适用于非线性系统。在欠驱动船舶的轨迹跟踪问题中，反步递推法可以帮助逐层分解复杂的控制任务，确保每个阶段的控制效果。 再者，鲁棒自适应技术则考虑到系统中的不确定性因素，如模型参数的不精确或外部扰动。通过自适应机制，控制器能动态调整其参数以适应这些不确定性，保持系统的稳定性和跟踪性能。 论文中设计的自适应轨迹跟踪控制器结合了以上三种技术，目的是在面对参数不确定性的条件下，使三自由度欠驱动船舶能够准确地跟随预设轨迹。通过稳定性分析，证明了该控制器能使闭环轨迹跟踪误差系统达到全局实用稳定，这意味着无论初始条件如何，系统都能保证长期稳定且有效地跟踪目标轨迹。 最后，仿真结果验证了这个自适应控制策略的实际效果，表明该方法在应对实际应用中的不确定性时表现出良好的性能。 总结来说，这篇论文的研究成果对于提升欠驱动水面船舶的自主导航能力，特别是在面临环境变化和参数不确定性的情况下，提供了理论基础和实用的控制方案。这不仅对船舶控制领域有直接影响，也为其他类似的非线性欠驱动系统控制问题提供了借鉴。