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题名基于分级抗扰策略的大型船舶拖航路径跟踪控制研究
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作者
路百松
王健
张博
赵冰
郝致远
易宏
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机构
海洋智能装备与系统教育部重点实验室(上海交通大学)
山东港口日照港集团有限公司
上海交通大学日照海洋智能装备研究院
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出处
《中国舰船研究》
北大核心
2025年第4期272-285,共14页
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基金
山东省重点研发计划项目(2021SFGC0601)。
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文摘
[目的]安全拖曳大型船舶到目标海域对于船舶通航安全至关重要,为提高欠驱动拖轮自主拖曳大型船舶航行过程中的抗干扰性能,提出一种基于自抗扰滑模的分级抗扰控制策略。[方法]首先,基于船舶分离型数学模型建立拖曳系统耦合运动数学模型。然后,提出适用于拖曳航行的拖航视线制导方法,将路径跟踪问题转化为航速与航向控制问题,并设计分级抗扰控制策略(HAD-CS),在被拖船控制层级设计基于自抗扰控制与滑模控制相结合的顶层抗扰控制方法,保证拖曳系统实现路径跟踪的控制目标,并实时分配给底层拖轮控制任务。在拖轮控制层级设计基于自抗扰滑模的底层抗扰控制方法,将顶层的抗扰控制输出作为自身控制输入,在考虑拖缆与推进器的约束限制基础上实现分层控制、分级抗扰。最后,在仿真环境中对比评估拖曳系统在环境扰动情况下的抗扰性能。[结果]结果表明,采用分级控制策略进行大型船舶拖航控制,被拖船路径跟踪性能提升16.9%,航向和航速保持性能分别提升34.6%和68.0%;拖轮艏向与航速保持性能提升51.9%和52.2%。[结论]所提控制策略有效抵抗了自主拖轮拖航过程中船舶受到的外界干扰,可为拖轮自主拖航的应用提供理论参考。
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关键词
自主拖航
路径跟踪
欠驱动
拖轮
分级抗扰
自抗扰滑模
运动控制
抗干扰
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Keywords
autonomous towing
path following
underactuated
tugboats
hierarchical anti-disturbance
active disturbance rejection sliding mode
motion control
disturbance rejection
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分类号
U664.82
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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