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(1.上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240；2.上海振华重工(集团)股份有限公司海上重工设计研究院，上海 200125；3.天津大学 建筑工程学院，天津 300072)

船舶路径跟踪控制是指在自动控制系统的作用下，船舶能从任意初始位置驶入预先设定好的参考航行路径，并沿此路径最终到达目的地，该参考航行路径与时间无直接关系[1]。欠驱动船舶路径跟踪控制系统具有强非线性、欠驱动、容易受到外界干扰影响等特点，是一个典型的非线性控制系统；对其进行研究有助于解决船舶在复杂环境中的操纵控制、自动靠离泊、海上装卸等实际问题。目前，关于欠驱动船舶路径跟踪控制的理论研究已取一定成果[2-4]，使得欠驱动船的跟踪并最终稳定在给定的参考路径。

本文主要针对欠驱动船舶路径跟踪控制中存在的风、浪、流等外界干扰，基于重定义输出、解析模型预测控制、非线性观测器技术，提出一种鲁棒跟踪控制算法。

1 问题的提出

考虑如下风、浪、流干扰的欠驱动船舶路径跟踪控制系统：

(1)

式中：x,y——船舶在固定坐标系中的平面位置；

u,v——船舶对水前进及横移速度，假设u为常数；

ψ,r——船舶航向角与转艏角速度；

Vc,ψc——固定坐标系中的流速、流向，假设Vc,ψc为常数，即均匀流；

mii——船舶惯性矩阵的对角线元素，包括水动力附加质量,i=1,2,3；

dii——横移、艏摇方向上的水动力粘性项,i=2,3；

τr——控制输入；

τwr(t)——由风、浪引起的有界干扰信号，满足τwr(t)≤τwr max<∞；

z1、z2、z3——系统输出。

控制目标是设计控制器τr使得欠驱动船舶在风、浪、流等外界干扰的影响下能够跟踪给定的参考路径。……