第5卷第4期 智能系统学报 Vol.5 No.4 2010年8月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Aug.2010 doi:10.3969/j.issn.1673-4785.2010.04.004 船舶航向非线性系统的多滑模自适应模糊控制 袁雷，吴汉松 (海军工程大学电气与信息工程学院，湖北武汉430033)】 摘要：针对参数未知的船舶航向非线性控制系统数学模型，在考虑舵机伺服机构特性的情况下，船舶航向控制问 题就成为一个虚拟控制系数未知的非匹配不确定非线性控制问题.基于多滑模设计方法和模糊逻辑系统的逼近能 力，提出了一种多滑模自适应模糊控制算法，通过引入非连续投影算法和积分型Lyapunov函数，提高了系统在抑制 参数漂移、控制器奇异等方面的能力.借助Lyapunov函数证明了所设计控制器使最终的闭环非匹配不确定船舶运动 非线性系统中的所有信号有界，且跟踪误差收敛到零.仿真研究表明：该算法与传统的PD控制相比，具有较好的跟 踪能力和自适应能力. 关键词：船舶航向控制：非线性系统：多滑模控制：模糊控制 中图分类号：TP273;U664文献标识码：A文章编号：1673-4785(2010)04-030805 Multiple sliding mode adaptive fuzzy controller for nonlinear marine autopilot systems YUAN Lei,WU Han-song (College of Electrical and Information Engineering,Naval University of Engineering,Hubei Wuhan 430033,China) Abstract:When a ship course controller must deal with unknown parameters,the maneuvers of the ship must be described using an unmatched and uncertain nonlinear mathematical model with unknown virtual control coefficients and unknown parameters.To deal with this situation,an adaptive fuzzy control algorithm with multiple sliding modes was proposed.It combined multiple sliding mode design technology with the approximation capability of a fuzzy logic system.In order to solve the problem of parameter drift and the controllers singularity problem,a non- continuous projection algorithm and an integral-type Lyapunov function were employed in the proposed algorithm. By means of the Lyapunov function,it was theoretically proven that the proposed controller makes all signals in the resulting closed-loop adaptive system uniformly bounded,with tracking error converging to zero.The simulation results showed that,compared to conventional proportional-integral-derivative (PID)controllers,the controller discussed in this paper provided better adaptability and tracking capabilities. Keywords:ship autopilot control;nonlinear system;multiple sliding mode control;fuzzy control 自动舵是操纵船舶的关键设备，它的性能直接 (backstepping),它在实现船舶不确定非线性系统的 影响船舶航行的经济性和安全性.但是由于航速及鲁棒控制或自适应控制方面有着明显的优越性.但 装载的变化会引起船舶运动模型的参数摄动，船舶是，反演法在虚拟控制量求导过程中导致了系统方 航向控制系统模型中存在明显的参数不确定 程微分项的膨胀，控制器设计非常复杂.滑模控制算 性1-3].如果在船舶航向控制器设计中考虑舵机的 法由于其设计简单，且抗干扰能力强，所以得到了广 影响及参数不确定性，则船舶航向控制便成为一个 泛的应用.为此，文献[5]将多滑模模糊控制与自适 非匹配不确定的控制问题，特别是其虚拟控制系数 应控制相结合，对虚拟控制系数为1的严格反馈非 未知4.近年来，不确定性非线性系统的自适应控 线性系统，提出了一种多滑模自适应模糊控制算法， 制和滑模控制得到较大的发展.特别是反演法 其优点是消除了传统反演法设计中存在的变量膨胀 问题，但是针对虚拟控制系数不为1或者控制系数 收稿日期：2009-12- 基金项目：国家自然科学基金资助项目(60974136). 未知的情况下却不能很好的解决. 通信作者：yuanl886@163.com. 本文在考虑船舶航向模型的非线性，并假设模