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目前,在智能化海洋装备研究领域,动力定位(Dynamic Positioning,DP)系统的研究引起了众多学者的关注。对于在海洋中航行的DP船,保证其航行在期望的航迹上并沿着期望的航向航行是DP船在海洋中执行任务的基础,因此,对DP船循迹控制的研究是十分有必要的。对常规航迹的循迹控制方法的研究目前已经比较成熟,本文针对DP船在执行基于给定非光滑搜索带的特殊航迹循迹任务时的任务解决方案,分别研究了基于非光滑搜索带的连续导引算法、基于预设性能和反步滑模的高精度循迹控制策略以及基于预设性能与积分型障碍李雅普诺夫的带有回转率约束的DP船高精度循迹控制策略。主要研究内容如下:1、针对基于非光滑搜索带的特殊航迹循迹任务问题,首先对该问题进行了较为详细的任务描述与问题分析,并基于分析得出的解决方案选择了导引算法。通过对不受路径限制的结合微分坐标框架的视线(Serret-Frenet Line-of-Sight,SFLOS)导引算法进行分析,总结了单独使用SFLOS导引算法无法实现该特殊航迹的循迹,只能适用于光滑搜索带。设计了基于目标跟踪导引算法(Target Tracking Guidance,TTG)的非光滑搜索带导引算法,在对该非光滑搜索带进行光滑化的基础上,使用TTG导引算法可以适用于基于非光滑搜索带的特殊航迹循迹任务。最后,对光滑化后的搜索带进行基于TTG导引算法的仿真验证,并与SFLOS导引算法进行对比,仿真说明TTG导引算法虽然循迹误差相对较大,但是SFLOS导引算法的劣势在于对仿真步长的要求较为严格,并且对实际期望艏向的控制效果较差,而TTG导引算法不存在上述问题,综合考虑,选择了TTG导引算法来设计控制器。2、针对基于给定非光滑搜索带的DP船高精度循迹任务要求,在采用TTG导引算法的基础上,设计了可以实现高精度循迹任务要求的基于预设性能函数的DP船循迹反步滑模控制器。首先,考虑到实际DP循迹过程中会受到环境干扰,在反步控制器的基础上加入了滑模控制原理,利用反步滑模控制器的鲁棒性减小了环境干扰的影响,设计指数趋近律时选用tanh函数替换传统sign函数,有效抑制了控制信号抖振,并在此基础上对反步滑模控制器进行了改进,使得DP船的速度变化更平稳。考虑到需要实现高精度循迹的任务要求,在反步滑模控制器的基础上,设计了基于预设性能函数的反步滑模控制器,对循迹过程中的北东位置以及艏向角误差进行了约束,将上述误差限制在了性能函数的边界范围之内,实现了高精度的循迹。最后,仿真验证说明,反步滑模控制的鲁棒性可以抵抗一定程度上的环境干扰;并且,改进的滑模控制器可以一定程度上使得DP船的速度变化更平稳并防止了输入饱和情况的发生,基于预设性能的反步滑模控制器能够完成高精度循迹的控制要求且收敛速度更快。3、针对基于给定非光滑搜索带且带有回转率约束的DP船高精度循迹控制任务要求,设计了基于预设性能函数与积分型障碍李雅普诺夫函数(integral Barrier Lyapunov Functional,i BLF)的反步滑模控制器,同时满足了高精度循迹要求与回转率约束要求。首先,设计了约束转艏角速度误差的基于障碍李雅普诺夫函数(Barrier Lyapunov Functional,BLF)的反步滑模控制器,采用BLF函数的思想,设计了约束转艏角速度的基于i BLF函数的DP船循迹反步滑模控制器。然后,结合i BLF函数与预设性能函数设计了同时满足高精度且满足回转率约束的控制器。最后,仿真验证说明,基于i BLF函数的控制器可以实现全约束空间内对转艏角速度进行约束,而BLF函数只能在约束空间的子空间对转艏角速度进行约束且对初始可行解有较高的限制。基于预设性能函数与i BLF函数的DP船循迹反步滑模控制器同时具有i BLF函数与预设性能函数的优势,可以使DP船在带有回转率约束的条件下,以很高的精度在给定非光滑搜索带上进行循迹,具有高精度、收敛速度快、鲁棒性强、安全性好等优势。