基于輸入輸出線性化的自適應(yīng)模糊滑模航跡控制

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1、基于輸入輸出線性化的自適應(yīng)模糊滑模航跡控制：針對船舶直線航跡控制的非線性特性，設(shè)計一種基于輸入輸出線性化的自適應(yīng)模糊滑?？刂破?，并利用Lyapunov理論，證明該系統(tǒng)在所設(shè)計控制器作用下全局漸近穩(wěn)定，Simulink仿真結(jié)果表明，所設(shè)計控制器能夠有效抑制常規(guī)滑模所固有的穩(wěn)態(tài)抖振現(xiàn)象，且在參數(shù)攝動及風(fēng)浪干擾下具有強魯棒性，較好的實現(xiàn)了對設(shè)定航跡的跟蹤?！　—ァ　￡P(guān)鍵詞：輸入輸出線性化；自適應(yīng)控制；模糊控制；滑?？刂篇ァ　。篢P273：A　　　　AdaptiveFuzzySlidingModeControllerforShip’sTrackkeepingS

2、ystemsBasedonInputoutputLinearization　　　　ationEngineering，NavalUniversityofEngineering，，adaptivefuzzyslidingmodecontrollerbasedoninputoutputlinearizationisdemonstratedtobeglobalasymptoticstability.Simulationresultsindicatethattheproposedapproachisrobustundertheparameterperturbat

3、ionandexternaldisturbance，italsocanavoidthechatteringphenomenonintraditionalslidingmodecontrolandfolloodecontrol　　　　1引言　　隨著對航行安全和營運需求的增長，人們要求在控制系統(tǒng)的驅(qū)動下，船舶能從任意位置駛?cè)腩A(yù)定航線，并沿此航線最終到達(dá)目的地，傳統(tǒng)的航向控制因其不能控制航跡偏差已不能滿足要求，因此船舶航跡控制研究在理論和實際中意義重大[1—3]。　　目前，針對航跡控制的研究已取得了一定成果，文獻[4—5]通過重新定義輸出變量給出了一種反

4、饋控制律，并得出了保證系統(tǒng)漸進穩(wěn)定的充分條件，但算法魯棒性較差，文獻[6—8]結(jié)合自適應(yīng)反步及模糊的方法設(shè)計了航跡控制器，具有較強的魯棒性，但設(shè)計過程復(fù)雜，參數(shù)過多不便于實現(xiàn)。針對不確定非線性系統(tǒng)，許多學(xué)者將線性化、滑?？刂萍澳：惴ǖ膬?yōu)點結(jié)合起來，提出基于線性化的自適應(yīng)模糊滑?？刂?，并在許多實際問題中得到了應(yīng)用。　　本文針對船舶航跡控制的非線性數(shù)學(xué)模型，在進行輸入輸出線性化的基礎(chǔ)上設(shè)計了自適應(yīng)模糊滑?？刂破鳎⒗肔yapunov理論，證明了航跡控制系統(tǒng)在所設(shè)計控制器作用下全局漸近穩(wěn)定。最后結(jié)果表明了所設(shè)計控制器結(jié)構(gòu)簡單，能夠在有效抑制滑?？刂频亩墩瘳F(xiàn)象的

5、同時對參數(shù)攝動及外界干擾具有強魯棒性。　　2船舶航跡控制的數(shù)學(xué)模型　　圖1為船舶航跡控制坐標(biāo)示意圖，其中x，y是船舶重心相對于固定坐標(biāo)系XOY的坐標(biāo)。　　圖1船舶航跡控制坐標(biāo)　　計算技術(shù)與自動化2012年9月　　第31卷第3期吳瑤等：基于輸入輸出線性化的自適應(yīng)模糊滑模航跡控制　　采用文獻[7]給出的船舶航跡控制數(shù)學(xué)模型，　　=Vsinφ=r=—r/T—αr3/T+Kδ/T（1）　　式中，y為船舶橫向位移，φ為航向角，V為船舶前進速度，r為艏搖角速度，δ為船舶控制舵角，K、T、α由船舶的方型系數(shù)、噸位、載重及航速等因素決定。　　設(shè)定

6、直線航跡與X軸方向重合，則艏偏角就等于航向角φ，航跡控制問題就轉(zhuǎn)化為設(shè)計控制器使船舶橫向位移及航向角使其為零?！　?航跡控制系統(tǒng)輸入數(shù)輸出線性化　　構(gòu)造輸出z=φ+η（y），η（y）為關(guān)于橫偏位移y的連續(xù)可導(dǎo)函數(shù)。為了保證應(yīng)用輸入輸出線性化方法設(shè)計的控制律可以使船舶航跡控制全局漸近穩(wěn)定且當(dāng)z=0時，可保證z中組合元素y，φ，r的收斂性，輸出z需滿足如下條件[5]：　　1）定義輸出變量z全局漸近收斂于零；　　2）當(dāng)y≠0時，sin（η（y））y>0；　　3）當(dāng)y→∞時，∫y0sin（η（y））dy→∞.　　設(shè)x=x1x

7、2x3T=yφrT為狀態(tài)變量，u=δ為控制輸入。定義輸出變量z=φ+η（y）=x2+arctan（kx1），k為大于零的實數(shù)，由設(shè)計者選定，顯然z=x：針對船舶直線航跡控制的非線性特性，設(shè)計一種基于輸入輸出線性化的自適應(yīng)模糊滑模控制器，并利用Lyapunov理論，證明該系統(tǒng)在所設(shè)計控制器作用下全局漸近穩(wěn)定，Simulink仿真結(jié)果表明，所設(shè)計控制器能夠有效抑制常規(guī)滑模所固有的穩(wěn)態(tài)抖振現(xiàn)象，且在參數(shù)攝動及風(fēng)浪干擾下具有強魯棒性，較好的實現(xiàn)了對設(shè)定航跡的跟蹤?！　—ァ　￡P(guān)鍵詞：輸入輸出線性化；自適應(yīng)控制；模糊控制；滑模控制　?。篢P2

8、73：A　　　　AdaptiveF