基于反步法的船舶自适应鲁棒航向跟踪控制方法

摘要

本发明提供的是一种基于反步法的船舶自适应鲁棒航向跟踪控制方法。传感器采集船舶实际航向和舵角，结合期望航向生成航向跟踪误差方程，并通过微分同胚变换得到新的状态变量，将新的状态变量传递给角度虚拟控制器和终端滑模控制器，然后和估计出的模型不确定项及外部干扰，以及系统已知非线性项，一起传递给角速度期望虚拟控制器，角速度期望虚拟控制律经一阶低通滤波器解算后得到角速度虚拟控制律，传递给控制器生成控制指令舵角，驱动舵机使船舶跟踪期望航向。本发明无需精确获取船舶数学模型，实现船舶航向稳定跟踪期望航向；使闭环控制系统对不确定模型和未知干扰具有鲁棒自适应作用；减小了控制器复杂性。

主权项

一种基于反步法的船舶自适应鲁棒航向跟踪控制方法，其特征是：包括航向参考信息生成器(1)、跟踪误差方程生成器(2)、微分同胚变换器(3)、角度虚拟控制器(4)、终端滑模控制器(5)、模型不确定项及外部干扰估计器(6)、非线性算子(7)、角速度期望虚拟控制器(8)、一阶低通滤波器(9)和控制器(10)；跟踪误差方程生成器(2)接收航向参考信息生成器(1)和传感器系统(12)的数据后得到船舶航向跟踪误差方程，通过微分同胚变换器(3)得到新的状态变量，将新的状态变量传递给角度虚拟控制器(4)和终端滑模控制器(5)，解算后传递给角速度期望虚拟控制器(8)；同时将微分同胚变换器(3)得到的新的状态变量、模型不确定项及外部干扰估计器(6)得到的估计值和非线性算子(7)计算的模型已知非线性项，也均发送给角速度期望虚拟控制器(8)，角速度期望虚拟控制器(8)经一阶低通滤波器(9)解算得到角速度虚拟控制律并发给控制器(10)；控制器(10)同时还接收传感器系统(12)的数据和新的状态变量以及角速度期望虚拟控制器(8)的输出值；最后控制器(10)将计算出的控制指令发送给船舶的执行机构舵机，实现水面船的航向跟踪。