基于Backstepping的欠驅動船舶神經滑模航跡控制

(海軍工程大學電氣工程學院，湖北 武漢 430033)

·機電工程·

基于Backstepping的欠驅動船舶神經滑模航跡控制

李湘平，吳漢松*，阮苗鋒

(海軍工程大學電氣工程學院，湖北 武漢 430033)

在外界干擾和參數不確定的情況下，設計一種基于Backstepping的自適應神經滑模控制器對欠驅動船舶神經滑模航跡進行控制。采用趨近律的滑模控制，抑制常規滑模的固定切換增益系數帶來的抖振現象；利用神經網絡辨識對象，減少趨近律滑模控制對對象模型參數的依賴。以某實習船為例進行仿真，結果表明：在標稱參數下，所設計的控制器能夠有效跟蹤設定的航跡并抑制常規滑模控制器的抖振現象；在外部環境擾動以及參數攝動的情況下，仍然能夠實現較好的控制，表現出強魯棒性。

欠驅動船舶；非線性；航跡控制；Backstepping；神經滑模控制

目前大多數海上航行船舶的推進和操縱裝置仍僅裝備螺旋槳和舵機，是典型的欠驅動系統。文獻[1]基于精確數學模型設計了航跡控制器，但對模型的參數攝動沒有魯棒性。文獻[2-3]給出了自適應滑模控制的直線航跡控制器，但其不適用于曲線航跡跟蹤的情況。雖然文獻[4-5]給出了曲線航跡控制的設計方法；但是文獻[4]采用預估干擾上界的方法得到切換增益系數，不能實現自適應，存在抖振現象，文獻[5]直接采用神經網絡控制，收斂速度慢且設計較為繁瑣。如何設計一種簡單的既能跟蹤直線又能跟蹤曲線的航跡控制器成為了新的控制難題。

在不依賴于精確數學模型的條件下，實現欠驅動船舶的高精度航跡跟蹤是極為有意義的。……