分析线性化基于输入输出线性化的自适应模糊滑模航迹制约论文格式排版

1、分析线性化基于输入输出线性化的自适应模糊滑模航迹制约论文格式排版    前，针对航迹控制的研究已取得了一定成果，文献通过重新定义输出变量给出了一种反馈控制律，并得出了保证系统渐进稳定的充源于：论文格式范文网分条件，但算法鲁棒性较差，文献结合自适应反步及模糊的方法设计了航迹控制器，具有较强的鲁棒性，但设计过程复杂，参数过多不便于实现。针对不确定非线性系统，许多学者将摘要：针对船舶直线航迹控制的非线性特性，设计一种基于输入输出线性化的自适应模糊滑模控制器，并利用Lyapunov理论，证明该系统在所设计控制器作用下全局渐近稳定， Simulink仿真结果表明，

2、所设计控制器能够有效抑制常规滑模所固有的稳态抖振现象，且在参数摄动及风浪干扰下具有强鲁棒性，较好的实现了对设定航迹的跟踪。关键词：输入输出线性化；自适应控制；模糊控制；滑模控制：AAdaptive Fuzzy Sliding Mode Controller for Ships Trackkeeping Systems Based on Inputoutput LinearizationWU Yao， WU Hansong，Yuan Lei（College of Electrical and Information Engineering， Naval University of Enginee

3、ring，Wuhan430033， China）Abstract：To the nonlinear of the ships trackkeeping control system， adaptive fuzzy sliding mode controller based on inputoutput linearization was designed .With the help of Lyapunov theory， the system is demonstrated to be global asymptotic stability.Simulation results indica

4、te that the proposed approach is robust under the parameter perturbation and external disturbance， it also can avoid the chattering phenomenon in traditional sliding mode control and follow the set track effectively.Key words：inputoutput linearization；adaptive control；fuzzy control； slidingmode cont

5、rol1引言随着对航行安全和营运需求的增长，人们要求在控制系统的驱动下，船舶能从任意位置驶入预定航线，并沿此航线最终到达目的地，传统的航向控制因其不能控制航迹偏差已不能满足要求，因此船舶航迹控制研究在理论和实际中意义重大13。目前，针对航迹控制的研究已取得了一定成果，文献45通过重新定义输出变量给出了一种反馈控制律，并得出了保证系统渐进稳定的充源于：论文格式范文网分条件，但算法鲁棒性较差，文献68结合自适应反步及模糊的方法设计了航迹控制器，具有较强的鲁棒性，但设计过程复杂，参数过多不便于实现。针对不确定非线性系统，许多学者将线性化、滑模控制及模糊算法的优点结合起来，提出基于线性化的自适应模糊滑

6、模控制，并在许多实际问题中得到了应用。本文针对船舶航迹控制的非线性数学模型，在进行输入输出线性化的基础上设计了自适应模糊滑模控制器，并利用Lyapunov理论，证明了航迹控制系统在所设计控制器作用下全局渐近稳定。最后结果表明了所设计控制器结构简单，能够在有效抑制滑模控制的抖振现象的同时对参数摄动及外界干扰具有强鲁棒性。2船舶航迹控制的数学模型图1为船舶航迹控制坐标示意图，其中x，y是船舶重心相对于固定坐标系XOY的坐标。图1船舶航迹控制坐标计算技术与自动化2012年9月第31卷第3期吴瑶等：基于输入输出线性化的自适应模糊滑模航迹控制采用文献7给出的船舶航迹控制数学模型，  

7、  =Vsin =r=r/Tr3/T+K/T（1）式中，y为船舶横向位移，为航向角，V为船舶前进速度，r为艏摇角速度，为船舶控制舵角， K、T、由船舶的方型系数、吨位、载重及航速等因素决定。设定直线航迹与X轴方向重合，则艏偏角就等于航向角，航迹控制问题就转化为设计控制器使船舶横向位移及航向角使其为零。3航迹控制系统输入数输出线性化构造输出z=+（y）， （y）为关于横偏位移y的连续可导函数。为了保证应用输入输出线性化方法设计的控制律可以使船舶航迹控制全局渐近稳定且当z=0时，可保证z中组合元素y，r的收敛性，输出z需满足如下条件5：1） 定义输出变量z全局渐近收敛于零；2）

8、 当y0时，sin （y）y>0；3） 当y时，y0sin （y）dy.设x=x1x2x3T=yrT为状态变量，u=为控制输入。定义输出变量z=+（y）=x2+arctan （kx1）， k为大于零的实数，由设计者选定，显然z=x2+arctan （kx1）满足上述条件。从而可对船舶航迹控制系统采用输入输出线性化设计，针对式系统式（1）设f（x）=Vsinx2x31Tx3Tx33， g（x）=00KT，h（x）=x2+arctan （kx1）.设m1=（x1），则沿式（1）对m1求时间导得摘自：毕业论文结论范文由模糊系统的万能逼近定理可知，模糊系统可实现使逼近误差非常小。因此0（25）从

9、而证明了所设计的控制器在李亚普诺夫意义下渐近稳定。6仿真研究6.1控制器设计设置控制器参数为0.05，r1=r2=0.01k1=4000，=100.设横偏位移论域为200，200，则x1对应的隶属度函数为Al1=exp （x1+200100（l1）/502l=1，2，3，4，5设航向角论域pi/6， pi/6，则x2对应的隶属度函数为Al2=exp （x2+pi/6pi（l1）/12）/（pi/24）2l=1，2，3，4，5设艏摇角速度论域为pi/36， pi/36，则x3对应的隶属度函数为Al3=exp （x3+pi/36pi（l1）/72）/（pi/144）2l=1，2，3，4，5有125

10、条模糊规则逼近f（x，t）。6.2仿真分析以文献6中实习船为例进行仿真设计。仿真参数如下：船长为126 m，船宽为20.8 m，满载吃水为8.0 m，方型系数为0.681，船速为7.7m/s.通过计算得K = 0.478，T=216，取=30；设船舶在零时刻横偏位移为200米，航向角为10度，采用控制律式（15），分别对以下两种情况进行仿真。情况1在标称参数下仿真结果如图2所示。（a）横偏位移y（b）航向（c）艏摇角速度r（d）控制舵角图2情况1航迹控制响应曲线情况2考虑到船舶模型参数随航速、装载及环境扰动而变化，将上述船舶运动模型参数摄动为前述3倍10，将外界风浪等干扰处理为一组随机数做为等

11、效舵角干扰，其仿真结果如图3所示。（a）横偏位移y（b）航向（c）艏摇角速度r（d）控制舵角图3情况2航迹控制响应曲线由图1可以看出本文所设计的控制器在标称参数下能够使横偏位移y及航向角快速收敛到零，控制舵角平滑，有效抑制了常规滑模所固有的稳态抖振现象的发生，在实际航行中能够减少因操舵频繁引起的舵机磨损；图2仿真结果显示，在情况2条件下，本文控制算法可以克服船舶内部参数摄动及风浪等引起的外加干扰，以相应控制舵角维持航迹保持在设定航线上，航向角及控制舵角虽然都出现了振荡，但总体上仍能满足要求，鲁棒性较强且控制舵角合理有效。7结语针对船舶直线航迹控制的非线性特性，本文设计了一种基于输入输出线性化的

12、自适应模糊滑模控制器并利用Lyapunov理论，证明了该系统在所设计控制器作用下全局渐近稳定， Simulink仿真结果表明所设计控制器能够有效抑制常规滑模所固有的稳态抖振现象，且在参数摄动及舵角干扰下具有强鲁棒性，较好的实现了对设定航迹的跟踪。然而本文并没将风浪流等干扰与船舶同时建模，仿真中干扰处理不够精确，有待进一步研究。参考文献DOK D，PAN J. Global robust adaptive path following of underactuatedshipJ. Automatica， 2006， 42 （10）：17131722.DOKD，PANJ. Robust pathf

13、ollowing of underactuated ship： theory and experiments on a model shipJ. Ocean Engineering， 2006，33（10）：13541372.3Repoulias F ， Papadopoulos E. Trajectory planning and tracking control design of underactuated AUVs CProceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation. Barcelona： IEEE， 2005： 16221627.4李铁山，杨盐生，郑云峰源于：论文格式.不完全驱动船舶航迹控制输入输出线性化设计J.系统工程与电子技术，2004， 26（7）：945948.5周岗， 姚琼荟， 陈永冰，等.基于输入输出线性化的船舶全局直线航迹控制J.控制理论与应用，2007，24（1）：117121.6李铁山，杨盐生，洪碧光，等.船舶航迹控制鲁棒自适应模糊设计J.控制理论与应用，2007， 24（3）：445448. 7李铁山，杨盐生，洪碧光