欠驱动船舶自适应迭代滑模轨迹跟踪控制

摘要：

针对欠驱动船舶轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在未知参数和外界扰动,提出了一种带强化学习的神经网络自适应迭代滑模控制方法;利用轨迹跟踪的横向和纵向误差信息构造非线性迭代滑模面,分别设计了船舶柴油机转速和舵角的神经网络迭代滑模控制器;根据船舶柴油机转速和舵角的实时测量值,计算了反映控制量抖振状态的强化学习信号,在线优化了神经网络的结构和参数,以抑制控制量的抖振,进一步增强控制系统的自适应性;建立了5446 TEU集装箱船舶数学模型,分别对圆轨迹和正弦轨迹进行了跟踪控制.仿真结果表明:在风浪扰动下圆轨迹跟踪时,与迭代滑模控制策略相比,采用提出的控制策略250 s左右能跟踪上目标轨迹,速度提高约1倍,最大跟踪偏航距离为250 m,误差减小约30％,控制舵角在400 s后基本平稳,波动幅值约为2°,舵角和柴油机转速的抖振变化幅值均减小了50％以上,柴油机转速控制参数和舵角控制参数分别在38～45和3.3～3.9之间实现了自适应调节;在正弦轨迹跟踪时,与模糊迭代滑模控制策略相比,采用提出的控制策略纵向跟踪平均误差小于20 m,减小了50％以上,舵角抖振量平均幅值小于10°,减小了60％以上,柴油机转速控制参数和舵角控制参数分别在5.7～5.8和0.8～2.5之间实现了自适应调节.

关键词：欠驱动船舶、轨迹跟踪、柴油机转速、船舶舵角、自适应迭代滑模、神经网络、强化学习

所属期刊栏目：17

分类号：U661.33(船舶工程)

资助基金：国家自然科学基金项目51579024;中国博士后科学基金项目2016M601293;辽宁省自然科学基金项目201602072;中央高校基本科研业务费专项资金项目3132016311

在线出版日期：2018-03-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：125-134