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基于动态面控制的船舶动力定位控制律设计

杜佳璐 杨杨 胡鑫 陈海泉

杜佳璐, 杨杨, 胡鑫, 陈海泉. 基于动态面控制的船舶动力定位控制律设计[J]. 交通运输工程学报, 2014, 14(5): 36-42.
引用本文: 杜佳璐, 杨杨, 胡鑫, 陈海泉. 基于动态面控制的船舶动力定位控制律设计[J]. 交通运输工程学报, 2014, 14(5): 36-42.
DU Jia-lu, YANG Yang, HU Xin, CHEN Hai-quan. Control law design of dynamic positioning for ship based on dynamic surface control[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2014, 14(5): 36-42.
Citation: DU Jia-lu, YANG Yang, HU Xin, CHEN Hai-quan. Control law design of dynamic positioning for ship based on dynamic surface control[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2014, 14(5): 36-42.

基于动态面控制的船舶动力定位控制律设计

基金项目: 

国家自然科学基金项目 51079013

交通运输部科技项目 2012 329 225 070

辽宁省教育厅高等学校科研项目 LT2010013

中央高校基本科研业务费专项资金项目 3132014332

详细信息
    作者简介:

    杜佳璐(1966-), 女, 天津人, 大连海事大学教授, 工学博士, 从事船舶运动控制研究

  • 中图分类号: U661.33

Control law design of dynamic positioning for ship based on dynamic surface control

More Information
    Author Bio:

    DU Jia-lu(1966-), female, professor, PhD, +86-411-84729941, duj166@163.com

  • 摘要: 针对水面船舶动力定位控制问题, 考虑带有未知界的时变环境扰动, 将动态面控制技术与矢量逆推方法相结合, 设计了船舶动力定位系统的自适应鲁棒非线性控制律。引入动态面控制技术, 利用一阶滤波器的微分项代替虚拟控制矢量的微分项, 使得在控制律设计过程中的微分运算被简单的代数运算所替代, 简化了计算, 易于工程实现。为阻止自适应参数漂移, 采用包含基于σ-修正泄漏项的自适应律估计未知扰动的界。应用Lyapunov函数证明了所设计的控制律能迫使船舶的位置和艏向角达到并保持在期望值, 保证船舶动力定位闭环系统中所有信号最终一致有界。仿真结果表明: 在水平面上, 当船舶初始位置偏离期望位置25m时, 利用设计的控制律能迫使船舶在50s内达到期望的目标位置, 因此, 所设计的控制律是有效的。

     

  • 图  1  船舶平面运动轨迹

    Figure  1.  Planar motion trajectory of ship

    图  2  船舶实际位置和艏向角曲线

    Figure  2.  Curves of actual positions and heading angle

    图  3  船舶速度曲线

    Figure  3.  Curves of ship velocities

    图  4  船舶控制力曲线

    Figure  4.  Curves of ship control forces

    图  5  扰动分量绝对值及其界的估计曲线

    Figure  5.  Curves of absolute values of external disturbances and their thresholds' estimation values

    图  6  海况(a) 下定位性能比较

    Figure  6.  Comparison of positioning performances in case (a)

    图  7  海况(b) 下定位性能比较

    Figure  7.  Comparison of positioning performances in case (b)

    表  1  控制律的性能指标比较

    Table  1.   Performance index comparison of control laws

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-06-11
  • 刊出日期:  2014-10-25

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