闭环增益成形算法下的航迹保持控制

韩旭， 张显库

(大连海事大学 航海动态仿真与控制实验室，辽宁 大连 116026)

无人船是目前热点研究课题之一，其实现需要航迹保持、态势分析、路径规划、通讯、故障处理等多种技术手段的协同，其中航迹保持是整个控制系统中的底层技术，其他技术大多可以看作航迹保持基础上的技术叠加，因此对航迹保持控制方法的研究具有较大的现实意义。文献[1]将船舶航迹保持控制分为“间接式”和“直接式”两类，其区别在于执行器输出的取得是否经由航向保持控制。通常认为直接控制较间接控制更准确，间接控制较直接控制更易于理解和应用。由于在航向保持方面已有丰硕的成果[2-4]，基于航向保持的间接式控制方法在应用层面仍为主流，但在研究层面，一方面对间接式控制的研究热度有所下降，另一方面有将航迹保持控制研究过度复杂化的倾向，这不利于现阶段间接式自动舵的研发。

直接式航迹保持算法的研究目前集中在动力定位问题上，通常做法包括基于Lyapunov定理设计控制器[5]、使用模型预测控制[6]、智能控制[7]等。间接式航迹保持算法主要依赖LOS算法，文献[8-10]结合LOS算法，分别用预测控制、滑模控制与变增益内模控制对间接式控制中的航向保持部分做了改进。Carrot following是一种最简洁的间接式航迹保持控制算法，从原理上属于LOS算法中的一类，其与LOS算法的区别在于设计控制率时只使用航向误差。优点是简单、直观、易于应用，但缺点突出，表现为鲁棒性差，参数调整随意，容易出现航迹震荡或收敛过慢，这主要是由算法在航向保持过程只使用比例控制造成的。……