● 摘要
欠驱动水面船舶在海底石油钻探、电缆铺设等方面具有广泛的应用，水面船舶控制的主要困难在于如何利用两个独立的输入来控制船舶在三个自由度方向上的运动。此外，欠驱动船舶作为一种典型的欠驱动系统，可以有效反映欠驱动系统的能控性、可镇定性以及跟踪性能等诸多控制中的关键问题，因而成为检验欠驱动系统控制理论的理想平台。迄今为止，人们已经提出了非连续状态反馈和光滑时变反馈等控制方案，实现了水面船舶位置和姿态的同时控制。本文针对文献中提出的欠驱动船舶简化的降阶模型，应用非正则反馈线性化技术设计反馈控制器以实现欠驱动船舶位置和姿态的镇定。非正则线性化方法是一种特殊的反馈线性化技术，其特点是在平衡点附近控制奇异，因而需要选择合适的初始条件和控制参数以避免奇异。 本文主要工作是基于非正则反馈线性化提出了两种时不变的切换控制律，使系统的平衡点达到全局K-指数稳定。控制方案是将系统经过非正则反馈线性化得到线性系统，利用线性系统控制理论设计控制律；然后确定非正则状态反馈变换非奇异时系统初始状态应该满足的条件，即寻找一个满足条件的不变集；从而设计合适的切换控制律，并考虑其鲁棒性。所有控制算法均进行了仿真验证，结果表明，所提出的控制算法是有效的。最后对提出的两种控制律作了比较。