欠驱动船舶的鲁棒轨迹控制方法研究

作     者：于跃文 

作者单位：南京大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈春林

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：欠驱动船舶 滑模控制 模拟退火 神经网络 PID 

摘      要：随着全世界对海洋资源的挖掘和探寻,海洋应用技术又存在以下难点:自然环境恶劣、作业风险高、障碍物场复杂、保障支持不足,因此,欠驱动船舶的鲁棒轨迹控制对航行的高效性、安全性和可操纵性起着至关重要的作用。本文将以欠驱动无人船为研究对象,对无人船的航迹跟踪控制算法进行设计及验证。在已知无人船水动力和运动学模型的前提下,以无人船实际速度和期望速度差为基准,船只转矩作为控制输入,以指数趋近律为基础,采用二阶滑模方法设计相应控制器。采取三组不同的初始状态进行实验,结果表明,此方法能有效跟踪无人船预设轨迹。又通过改变指数趋近律的等速趋近项系数,进行两组实验,验证了其数值的降低可以削弱抖振,提高控制品质。在面临未知无人船数学模型情况下,采用在最优解的更新机制以及退火速率上作出优化的模拟退火算法,对PID控制器系数进行整定,又以偏航角度、实际航向、当前舵角为输入,搭建一个三层前向神经网络,利用梯度下降法调节网络权值,输出强化信号,换算成角度后对PID输出结果进行补偿。实验结果表明,无论参考轨迹是六边形还是圆形、起始位置在轨迹内部还是外部,此方法都获得了很好的循迹效果。