船舶操纵运动建模方法研究进展与展望

建立精确的船舶操纵运动模型,是保障智能船舶自主航行和测试验证的关键。当前,船舶操纵运动建模方法主要为构建数学模型,并采用系统辨识法计算模型中的水动力系数。随着人工智能技术的发展,黑箱模型和灰箱模型也逐渐被用于船舶操纵运动建模。文章分别针对白箱模型和黑箱模型的关键技术研究现状进行梳理,总结当前操纵运动建模面临的六自由度耦合、模型迁移适用性、实测数据获取与构造等3个问题,并提出对应的3点展望:开展船舶六自由度耦合运动建模,结合先验知识的模型结构设计,船舶操纵试验设计及数据集构造。

基于气浮台的交会对接相对姿态和位置控制

基于交会对接地面物理仿真系统对卫星交会对接中相对姿态和位置的控制问题进行研究,根据地面物理仿真系统的结构推导出描述系统姿态和位置运动的耦合六自由度动力学模型;基于此模型,在存在外部扰动的情况下,采用自适应快速非奇异终端滑模控制思想设计一种能够克服传统终端滑模控制奇异问题的鲁棒有限时间控制器。通过李雅普诺夫理论推导和仿真分析表明,该控制器在保证系统的有限时间稳定性和收敛性的同时能有效地抑制外部扰动。

相对失控翻滚目标悬停的自适应模糊滑模控制

研究了含有系统不确定性和外部干扰的追踪器相对失控翻滚目标悬停的六自由度耦合控制问题。首先,在追踪器本体坐标系中建立了非线性的六自由度耦合的一体化动力学模型,将悬停控制问题转化为相对位置和相对姿态控制问题。再基于模糊逼近原理设计了一种自适应的模糊滑模控制器,该控制器能够有效克服系统的模型不确定性和外部干扰的影响,并能消除传统的抖振问题。由Lyapunov方法导出了模糊自适应律并证明了闭环系统的稳定性。数值仿真验证了所提的自适应模糊滑模控制器的有效性。