控制与决策

作者：黄宴委,黄鹏

单位：福州大学 电气工程与自动化学院,福州 350116,,福州大学 电气工程与自动化学院,福州 350116,

关键词：无人船;艏向控制;水动力阻尼;非线性变参数;$H_\infty$鲁棒控制;平方和

基金：国家自然科学基金项目(51977040)；福建省工业科技引导项目(2019H0007).

针对水流冲击引起无人船(unmanned surface vehicle,USV)转艏呈现非线性特点,建立基于转艏运动的非线性变参数(nonlinear parameter-varying,NPV)USV模型,并提出一种NPV $H_\infty$ 艏向控制方法,以提高艏向调节的快速性和鲁棒性.首先,考虑低展弦比机翼理论能较好地描述船体受水流冲击的特点,建立基于水动力阻尼的非线性Fossen模型.通过忽略横荡速度和横流阻力将动力学模型简化为操纵动力学模型,并引入艏向角,建立NPV艏向模型.其次,构造与艏向控制系统状态和纵荡速度变参相关的Lyapunov函数,推导出满足艏向闭环控制系统$H_\infty$鲁棒稳定的非线性控制器求解条件,该条件是一个非线性矩阵不等式(nonlinear matrix inequality,NLMI).由于NLMI难以求解,根据平方和(sums of squares,SOS)理论,用多项式矩阵代替NLMI中的非线性矩阵,并将NLMI 转化为可使用SOS工具求解的多项式线性矩阵不等式.仿真结果表明,NPV $H_\infty$控制器在艏向调节时具有较快的系统响应和更高的准确性.

来源：2024年第5期

《控制与决策》期刊编辑部

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