风帆助航船舶运动的模糊自适应迭代滑模控制-哈尔滨工程大学学报.PDF

第３７卷第５期 哈　 尔　 滨　 工　 程　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ．３７ №．５ ２０１６年５月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｍａｙ ２０１６ 风帆助航船舶运动的模糊自适应迭代滑模控制 沈智鹏，姜仲昊，王国峰，郭晨 （大连海事大学 信息科学技术学院，辽宁 大连 １１６０２６） 摘　 要：针对风帆助航船舶运动模型的不确定性和高度非线性特点，设计了一种自适应非线性滑模控制器。 该控 制器利用非线性双曲正切函数对系统输出进行迭代滑动模态设计，应用滑模面反馈控制方法，无需对系统的不确 定项和外界干扰进行估计，根据双曲正切函数的严格有界性和控制输入约束条件证明了控制器稳定性，同时引入 模糊系统对迭代滑模参数进行优化，增强控制器的自适应性。 以“文竹海”号７６０００ＤＷＴ 散货船为目标进行控制仿 真，结果表明，所设计控制器对系统模型不确定参数摄动及风浪作用不敏感，具有强鲁棒性，且与迭代滑模控制器 相比所得控制量输出更加合理有效。 关键词：风帆助航船；模糊自适应；迭代滑模；滑模控制；滑模面反馈；船舶运动控制；控制器设计 ＤＯＩ：１０．１１９９０／ ｊｈｅｕ．２０１５０１０２９ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ／ ２３．１３９０．Ｕ１５５９．０５０．ｈｔｍｌ 中图分类号：ＴＰ３９１．９　 文献标志码：Ａ　 文章编号：１００６⁃７０４３（２０１６）０５⁃０６３４⁃０６ Ｆｕｚｚｙ⁃ａｄａｐｔｉｖｅ ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｓｌｉｄｉｎｇ⁃ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｓａｉｌ⁃ａｓｓｉｓｔｅｄ ｓｈｉｐ ｍｏｔｉｏｎ ＳＨＥＮ Ｚｈｉｐｅｎｇ，ＪＩＡＮＧＺｈｏｎｇｈａｏ，ＷＡＮＧ Ｇｕｏｆｅｎｇ，ＧＵＯ Ｃｈｅｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｆｕｚｚｙ⁃ａｄａｐｔｉｖｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｓｌｉｄｉｎｇ⁃ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒ ａ ｓａｉｌ⁃ａｓｓｉｓｔｅｄ ｓｈｉｐ ｍｏｔｉｏｎ ｍｏｄ⁃ ｅｌ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ ａｎｄ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ．Ｔｈｅ ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｓｌｉｄｉｎｇ⁃ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ （ＩＳＭＣ）， ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ ａ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ ｔａｎｇｅｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｕｔｐｕｔ． Ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ⁃ｓｕｒｆａｃｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅＩＳＭＣｗｉｔｈｏｕｔｎｅｅｄｉｎｇｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ．Ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｃａｎｂｅｐｒｏｖｅｄｂｙ ｔｈｅ ｓｔｒｉｃｔ ｂｏｕｎｄｅｄｎｅｓｓｏｆ ｔｈｅｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃｔａｎｇｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｐｕｔ．Ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｆｕｚｚｙ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅＩＳＭＣ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｆｔｈｅ７６０００ＤＷＴｌａｒｇｅｏｃｅａｎ⁃ｇｏｉｎｇｂｕｌｋ ｃａｒｒｉｅｒ ‘Ｗｅｎ Ｚｈｕｈａｉ’．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆ ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｕｚｚｙ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｅｒ