船舶航向模型参考自适应和最优控制研究

• 作者: 包政凯 朱齐丹 杨司浩 刘永超
• 来源期刊: 应用科技
• 学科: 交通运输
• 关键词: 船舶航向控制 恒定角速度转向 模型不确定性 模型参考自适应控制 自适应最优控制器 自动舵标准测试 操舵能耗 饱和微分跟踪器
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 所属期刊栏目: 船舶与海洋工程
• 页码范围: 8-14
• 页数: 7页
• 分类号: U664.82
• 语种: 中文
• DOI: 10.11991/yykj.202112020

摘要

为了实现船舶转向过程中的恒定角速度控制,将微分跟踪器引入了模型参考自适应控制,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了船舶航向系统的稳定性.同时考虑到船舶在航向保持过程中要求较高航向控制精度的同时要降低操舵能耗,设计了自适应线性二次型高斯最优控制器:首先使用满秩分解最小二乘法辨识船舶航向模型参数;其次使用状态扩张卡尔曼滤波器估计船舶航向和角速度;最后,基于最优控制律跟踪航向及其微分信号.根据国际标准化组织自适应舵标准规范,使用船舶半实物仿真平台的多种海况和船型,对分别嵌入2种控制算法的自适应舵软件进行了控制性能对比测试.测试结果验证了2种控制器的稳定性.性能指标统计结果表明,微分跟踪模型参考自适应控制器具有更好的转向控制性能,而自适应线性二次型高斯最优控制器具有更好的航向保持性能.