[发明专利]一种基于二阶滑模控制的气垫船路径跟踪控制方法

摘要

本发明公开了一种基于二阶滑模控制的气垫船路径跟踪控制方法，属于路径跟踪控制技术领域，尤其涉及二阶滑模控制方法在气垫船路径跟踪上的应用。一种基于二阶滑模控制的气垫船路径跟踪控制方法，首先建立气垫船运动三自由度数学模型；然后通过二阶滑模点对点位置控制器计算纵倾力；其次通过二阶滑模艏向控制器计算艏向力矩；最后将纵倾力矩与艏向力矩用于气垫船路径跟踪控制。本发明将二阶滑模控制方法运用到气垫船路径跟踪控制中，主要解决了气垫船模型高度非线性和不确定性，以及易受外界环境干扰等问题。

主权项

一种基于二阶滑模控制的气垫船路径跟踪控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一 建立气垫船运动三自由度数学模型；研究空间运动体，建立固定坐标系和船体运动坐标系，对气垫船横荡、纵荡、和艏摇三个自由度建立三自由度运动数学模型；针对气垫船进行三自由度水面运动建立数学模型：η·=R(ψ)υMυ·+D(υ)υ=τ+d]]>其中：η＝[x,y,ψ]T表示气垫船位置和艏向角；υ＝[u,v,r]T表示气垫船速度和角速度；M＝diag{m,m,Iz}表示气垫船质量和转动惯量；τ＝[τu,0,τr]T表示控制力与控制力矩；d＝[du dv dr]T表示外界干扰；kmi(i＝1～7)表示阻尼系数；附加质量矩阵C(υ)和旋转矩阵R(ψ)；步骤二 给定参考位置；步骤三 获取位置误差；通过全球定位系统GPS获取气垫船实际位置，与给定参考路径比较，获取实际误差，如误差为零，则执行步骤六，如果误差不为零，则执行步骤四与步骤五；步骤四 通过二阶滑模点对点位置控制器计算纵倾控制力；步骤五 根据点对点位置导航法计算导航角，将计算导航角与罗经获取实际导航角进行比较，如果艏向误差为零，则重新通过点对点位置导航法计算导航角，如果误不为零，则通过二阶滑模艏向控制器计算控制力矩；步骤六 将通过步骤四计算得到的纵倾控制力与步骤五得到的艏向控制力矩加载到气垫船，然后重复步骤三，直到控制过程结束。