陈志娟 2017级研究生党支部书记 大连海事大学航海学院

一、引言

随着海上交通变的越来越便捷，在控制船舶路径跟踪方面的研究中，文献【1】提出了一种基于重定义输出、解析模型预测控制等技术的路径跟踪控制算法，该算法能够使得欠驱动船舶渐进稳定于给定的曲线和直线参考路径。文献【2】提出了一种鲁棒自适应控制算法，该算法能够使不完全驱动船舶跟踪，并在有干扰下，镇定在一条设定的直线航迹上，跟踪速度较慢。本文根据以上文献内容，以文献【3】中的直线路径跟踪模型为基础，加入外界时变干扰。用滑模控制和预测控制算法使船舶跟踪上直线路径，并减小舵角变化，保护舵机，节约能源。最后进行仿真，验证这个算法的有效性。

二、船舶直线路径模型及控制器设计

利用船舶Nomoto模型，加上非线性项，加入外界未知干扰，船舶直线路径模型表示为：

其中ψ和γ分别表示航向角和转首角速度； T、K和α为船舶模型参数；δ为船舶输入舵角，w(t)是外界干扰信号。

本文采用二级控制，第一级，利用一阶滑模控制得到使y跟踪上yd的期望船首向角ψ*，第二级利用模型预测控制得到使ψ跟踪上角ψ*的舵角δ，进而控制船舶路径跟踪。

文献【3】提出了采用路径的横向偏差和航向角的偏差的线性组合，即下式作为被控对象

其中c为大于零的系数。令ψ*=-c1tanh(c0(y-yd))，ψ*为镇定航迹时的期望船首向角，控制目标就变成了控制船首向角跟踪期望船首向角的航向控制问题。

本文利用模型预测控制，首先参考文献【4】中的欧拉迭代法进行离散和预测状态：