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1、第22卷第5期(總第131期)船舶V0l-22No．52011年1O月SHIP＆B0AT0t4ctober，2011[研究與設(shè)計]船舶航跡跟蹤的滑模控制邢道奇張良欣(海軍工程大學(xué)后勤指揮與工程系天津300450)[關(guān)鍵詞]軌跡跟蹤；滑模控制；非線性[摘要]為了解決船舶路徑跟蹤中的非線性問題，在建立船舶非線性模型的基礎(chǔ)上，采用指數(shù)趨近律，設(shè)計了船舶軌跡跟蹤的滑模控制器，分別進行了動態(tài)直線跟蹤和環(huán)形跟蹤仿真試驗，仿真結(jié)果表明，船舶動態(tài)軌跡跟蹤性能良好，能精確保持航跡。[中圖分類號]U675．7；TP273[文獻
2、標(biāo)志碼]A[文章編號]1001—9855(2011)O5—0010一C5Sliding-modelcontrolfortrajectorytrackingofsurfacevesselsXINGDao—．qiZHANGLiana,——,xin(DepartmentofLogisticsCommandandEngineering，NavalUniv．ofEngineering，Tianjin300450，China)Ke~oids：trajectorytracking；sliding-modelccntrol
3、；nonlinearityAbstract：Inordertosolvethenonlinearproblemsinsurfacevesselstrajectorytracking，thesliding-modelcontroller0fsurfacevesselstrajectorytrackingis~esignedbasedoi11heexponentialreachinglawasweU8sthenonlinearshipmode1．thesimulations0fdynamicstraight—l
4、inetrackingandcircletrackingareproposedrespectively．ThesimulationresultsindicatethatthecontrolperformancecfdynamictrackingiSfavorableandthemethodcanaccuratelytracktrajectories．制成為了一個非線性問題，若采用線性的船舶模型，0引言則會對航跡跟蹤控制性能產(chǎn)生影響．難以滿足控制要求。故本文采用非線性船舶模型進行船舶軌跡跟由于對船舶控制要求的
5、不斷提高，船舶航向控蹤控制器設(shè)計。制已經(jīng)不能滿足實際需要。從而促使航跡跟蹤控制滑?？刂破饕蚱渚哂袑ο到y(tǒng)參數(shù)攝動和外界干研究成為船舶控制的研究熱點。擾的強魯棒性，以及控制計算量小、實時性強、快速根據(jù)期望航跡是否為時間的函數(shù)，船舶航跡跟性好等特點，在解決船舶非線性控制問題上，得到了蹤可分為路徑跟蹤(pathtracking)和軌跡跟蹤廣泛地運用_21。本文將滑?？刂品椒ㄒ氲酱?trajectorytracking)。路徑跟蹤不需考慮時間的靜態(tài)軌跡跟蹤控制中，采用指數(shù)趨近律進行滑?？刂破鲙缀挝恢酶櫍壽E跟
6、蹤則要求實時跟蹤時變的設(shè)計，對動態(tài)直線軌跡和環(huán)形軌跡的跟蹤控制進行期望軌跡．其跟蹤控制的實現(xiàn)比路徑跟蹤困難得了仿真試驗，以驗證所設(shè)計的滑?？刂破鞯挠行浴６?。同時，由于船舶運動具有慣性大、非線性、模型仿真結(jié)果表明：滑?？刂破鞯能壽E跟蹤控制性能良參數(shù)不確定以及存在擾動等特點。因此船舶航跡控好，能精確跟蹤船舶航跡。[收稿日期]2011--．IC5—3O；[修回日期]2011--06-C9【作者簡介]邢道奇(1980一)，男，漢族，博士，研究方向：海洋結(jié)構(gòu)物運用工程。張良欣(1965一)，男，漢族，教授，博導(dǎo)，
7、研究方向：海洋結(jié)構(gòu)物運用工程、裝備可靠性工程。10船舶航跡跟蹤的滑?？刂?船舶非線性數(shù)學(xué)模型[s]2航跡跟蹤的滑?？刂破髟O(shè)計雖然船舶在海洋中實際運動時通常具有6個自2．1滑?？刂破髟O(shè)計由度，但是，對大多數(shù)船舶運動及其控制問題而言，由式(1)可得：僅考慮3個自由度的平面運動是可行的。因此．本=()()R()+()而(4)文以船舶平面運動方程為基礎(chǔ)，研究船舶軌跡控制將式(4)代人式(2)中，船舶動力學(xué)方程變?yōu)椋簡栴}。M·()西+C·(V，)而+D(，)J，7=(5)向量=[，y，]表示地球NED坐標(biāo)系中船舶式中
8、：·()=()；的位置和首向角，向量=[u，，rl表示船體坐標(biāo)系中船舶的縱向速度、橫向速度和首向角速度。C·(V，6)=EC(v)一紜()尺()]R()；地球NED坐標(biāo)系和船體坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換的運“D·(V，)=D()R()。動學(xué)方程為：定義軌跡跟蹤誤差量_5]為：西=()(1)葡=叼一77d(6)船體坐標(biāo)系中的船舶平面運動方程為：假設(shè)期望軌跡吼，西和吼光滑且有界，定義虛+C()+D()V=T(2)擬期望軌跡為：其
