海上廊桥是一种新型海上换乘装备,相当于一个海上通道,方便人员在船舶与海上建筑物之间换乘。船舶受到海洋环境扰动的影响会产生六个自由度运动,横荡、纵荡和艏摇运动可以通过船舶动力定位系统被抑制,将廊桥基座固定在船舶某一侧舷的中心附近可以减弱船舶纵摇运动对廊桥的影响,通过海上廊桥各机构的协同运动来主动补偿船舶的横摇和升沉运动,才能使廊桥始终保持平稳且末端与海上建筑物保持相对静止,进而实现海上廊桥的波浪补偿。此外,海上廊桥所处的海洋环境及它的负载时常发生变化,而且海上廊桥的各机构均由液压系统驱动,在使用过程中液压油与缸筒内壁摩擦会使系统温度发生变化,进而会使液压油的粘度、弹性模量等发生变化,这将导致海上廊桥各机构数学模型的参数存在不确定性。因此,开展海上廊桥波浪补偿控制研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本文首先对船舶的升沉和横摇运动进行预报,并利用两点间距离公式及正余弦定理对海上廊桥进行运动学反解,计算出要实现廊桥的波浪补偿,廊桥的升沉机构、俯仰机构和伸缩机构所需的运动量,再分别建立海上廊桥各机构的数学模型。然后,考虑廊桥各机构数学模型参数具有不确定性且廊桥负载是未知时变的,分别构造扩张状态观测器,在线估计由各机构模型参数不确定以及未知时变的廊桥负载构成的总扰动,并在前馈通道中对总扰动进行补偿,再设计误差反馈控制律,实现廊桥的波浪补偿控制。进一步,构造有限时间扩张状态观测器,并设计基于非奇异快速终端滑模控制技术的波浪补偿有限时间控制律,实现廊桥的波浪补偿控制且保证误差在有限时间收敛。然而,该控制律会引起输入抖振问题。为此,利用超螺旋滑模控制技术削弱由非奇异快速终端滑模技术引起的输入抖振,再构造有限时间超螺旋扩张状态观测器,并设计基于超螺旋滑模控制技术的波浪补偿有限时间控制律,实现廊桥的波浪补偿控制且保证误差在有限时间收敛。以某一海上廊桥为例,利用MATLAB/Simulink对所设计的波浪补偿控制律的有效性进行验证,仿真结果表明,所设计的控制律能有效实现海上廊桥的波浪补偿控制,使廊桥保持平稳且末端与海上建筑物保持相对静止。