Improvement of integrator backstepping control for ships with concise robust control and nonlinear decoration

方向舵 控制理论(社会学) 积分器 反推 稳健性(进化) 非线性系统 工程类 控制工程 计算机科学 自适应控制 电压 控制(管理) 物理 人工智能 电气工程 基因 量子力学 化学 海洋工程 生物化学
作者
Xianku Zhang,Xu Han,Wei Guan,Guoqing Zhang
出处
期刊:Ocean Engineering [Elsevier BV]
卷期号:189: 106349-106349 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.oceaneng.2019.106349
摘要

Course-keeping control through normal integrator backstepping method has defects of introducing many adjustment parameters and not considering the energy cost of actuator. In order to enhance the performance of integrator backstepping controller, a control law formed by closed-loop gain-shaping algorithm is adopted to replace the linear terms in the original control law. The energy cost is reduced by nonlinear decoration of sine function to the controller output, and the steering interval is lengthened according to the analyzation of full-scale sea trail data from training vessel Yukun. To decrease overshoot, the desired course is filtered by a first-order inertial component. Then a performance index is proposed to verify the performance of each control strategy combination. Simulation results show that the proposed controller has good robustness to the perturbation of steering mechanisms and ship model in rough sea states. At the same time, mean rudder angle is decreased by 17.3%, so energy consumption is reduced. The algorithm proposed in this paper has good theoretical analysis, satisfactory robustness with less parameters, reasonable steering frequency and remarkable energy saving effect.

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