陈志娟

【摘要】：针对欠驱动非线性船舶运动控制的发展状况，本文以滑模做第一级控制器，预测控制作为第二级控制器，对在有外界时变干扰下的船舶直线路径进行跟踪。设计直线路径跟踪控制器，其中既利用了滑模控制的算法简单与控制速度快的特点，让船舶能很好跟踪上路径，又利用预测控制在有约束下的优化求解，对舵角限制，使舵机避免损伤以及节省能量。

【关键词】：预测控制 船舶路径跟踪 滑模控制

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：

（1）

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。……