胡明月,于双和,李云云,阎 妍,赵 颖

(大连海事大学 船舶电气工程学院,辽宁 大连 116026)

随着科学技术的飞速发展,对海洋勘探、资源开发和运输的需求不断增加,海洋水面船舶(Marine surface vessels,MSV)的控制问题受到了广泛关注。轨迹跟踪控制是MSV运动控制中的一种典型控制方法,它要求MSV跟踪所需的时变参考轨迹。MSV的轨迹跟踪控制问题在国内外一直是热门的研究课题[1-3]。

MSV在航行过程中常常会受到如风、浪、流等外部海洋环境的干扰,这使得设计有效的控制器更具挑战性。由于扰动观测器的设计不依赖于控制器设计,且具有较高的估计精度,因此越来越受到人们的欢迎。文献[4]提出了一种固定时间扩展状态观测器,它能够精确观测船舶速度以及由模型不确定性和外部干扰构成的复合扰动,并设计了基于终端滑模的轨迹跟踪控制律。文献[5]提出了基于指令滤波的轨迹跟踪控制律,并设计了一种固定时间扰动观测器来估计包括模型不确定性和外部干扰在内的复合干扰。文献[6]提出了一种基于超螺旋算法的有限时间扰动观测器,能够在有限时间内精确估计外部时变干扰。但上述文献没有考虑MSV的输出约束和状态约束。输出约束可以保证MSV的实际路径严格限制在期望轨迹的两侧,状态约束可以保证MSV不会因偏离航线而发生碰撞或超速导致设备故障,并保证瞬态和稳态跟踪误差均在规定的小范围内。障碍李雅普诺夫函数在约束问题中得到了广泛的应用。……