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基于自適應滑模的欠驅動(dòng)無(wú)人艇軌跡跟蹤控制算法
DOI:
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作者:
作者單位:

同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院

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中圖分類(lèi)號:

TP273

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Trajectory Tracking Control of Underactuated Unmanned Surface Vessel Based on Adaptive Sliding Mode Control
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    摘要:

    針對欠驅動(dòng)水面無(wú)人艇在航行過(guò)程中存在的海洋環(huán)境干擾、數學(xué)模型參數不確定、執行器故障等問(wèn)題,提出了一種基于擾動(dòng)觀(guān)測器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的自適應滑模軌跡跟蹤策略。在無(wú)人艇三自由度模型的基礎上,結合視線(xiàn)制導率,提出了一種新的軌跡跟蹤制導策略。采用自適應滑模控制技術(shù)設計了欠驅動(dòng)無(wú)人艇軌跡跟蹤控制器,有效地抑制了執行器衰減故障對無(wú)人艇控制系統的影響;同時(shí)運用了非線(xiàn)性擾動(dòng)觀(guān)測器和自適應徑向基函數神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )分別對無(wú)人艇受到的外界干擾和模型參數不確定性進(jìn)行補償和擬合,提高了控制系統的抗干擾能力。基于Lyapunov定理證明了所設計的控制系統的穩定性,并在MATLAB中進(jìn)行了仿真測試。仿真結果表明,所提出的軌跡跟蹤控制算法可以在較為復雜的環(huán)境下實(shí)現對欠驅動(dòng)無(wú)人艇的精準控制;相較于對比算法,位置的平均跟蹤誤差減小了80%以上,具備較高的穩定性和魯棒性。

    Abstract:

    In this paper, an adaptive sliding mode control strategy based on nonlinear disturbance observer and radial basis function neural network is presented for trajectory tracking of underactuated unmanned surface vessel (USV) with model parameter uncertainties and unknown external time-varying disturbances. Specifically, a novel trajectory tracking guidance law is proposed based on the three degree of freedom model of USV and line of sight guidance law. Meanwhile, disturbance observers and radial basis function neural network are introduced to estimate the unknown external disturbance and model uncertainties, which effectively improve the robustness of the system. A trajectory tracking controller is designed subsequently by combining adaptive rate and sliding mode control to diminish the influence of actuator fault. It is proved that the control system is stable based on Lyapunov function methods. The simulation results illustrate that the designed control system can achieve precise control of underactuated USV in complex environments. Compared to the comparison methods, the average position tracking error is reduced by more than 80%, which verifies the stability and robustness of the proposed method.

    參考文獻
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    引證文獻
引用本文

姜濤,陳宇,周興閣.基于自適應滑模的欠驅動(dòng)無(wú)人艇軌跡跟蹤控制算法計算機測量與控制[J].,2024,32(1):105-113.

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  • 收稿日期:2023-06-09
  • 最后修改日期:2023-07-16
  • 錄用日期:2023-07-17
  • 在線(xiàn)發(fā)布日期: 2024-01-29
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