کنترل ردیابی شناورهای سطحی بدون سرنشین به روش مُد لغزشی غیرخطی در حضور موانع ثابت و متحرک

نویسندگان

1 دانشگاه جامع امام حسین(ع)

2 دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

در این مقاله، به کنترل ردیابی شناورهای سطحی بدون سرنشین با استفاده از روش کنترل مقاوم مُد لغزشی در حضور موانع ثابت و متحرک پرداخته شده است. مدل ریاضیاتی شناورها به­صورت سه درجه آزادی بوده و تنها شامل سینماتیک و دینامیک مربوط به راستاهای طولی، عرضی و دوران حول محور قائم است. این شناورها به­صورت زیر– تحریک کنترل می­شوند؛ یعنی با آن­که سه درجه آزادی دارند؛ اما تنها به دو محرک در راستاهای طولی و دوران حول قائم مجهزند. ما از روش کنترل مُد لغزشی استفاده کرده­ایم و دو سطح لغزش مرتبه اول و دوم که توابعی از خطاهای ردیابی هستند، برای راستاهای طولی و دوران حول قائم تعریف کرده­ایم و با روش پایداری لیاپانوف، پایداری دینامیک خطا را اثبات کرده­ایم. سپس، موانع ثابت و متحرکی را در مسیر شناور قرار داده­ایم تا توانمندی شناور را در عبور ایمن از آن­ها محک بزنیم. در پایان، شبیه ­سازی­های عددی پیاده­سازی شده ­اند تا صحت عملکرد کنترل­ کننده­ها را نشان دهند.

کلیدواژه‌ها


  1. Bertram, V. "Unmanned Surface Vehicles – A Survey", Skibsteknisk Selskab, Copenhagen, Denmark, 2008.##
  2. Nuno A. Cruz. “Autonomous Underwater Vehicles”, In-Tec, 2011.##
  3. Yu, R., Zhu, Q. Xia, G. and Liu, Z. "Sliding Mode Tracking Control of an underactuated Surface Vessel", IET Control Theory & Applications, Vol. 6, No. 3, pp. 461-466, 2012.##
  4. Wichlund, K.Y., Sordalen, O.J. and Egeland, O. "Control Properties of Underactuated Vehicles", Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 2009–2014. 1995.##
  5. Godhavn, J.M., Fossen, T.I. and Berge, S.P. "Nonlinear Adaptive Backstepping Designs for Tracking Control of Ships", Int. J. Adapt. Control Signal Process, Vol. 12, pp. 649–670, 1998.##
  6. Pettersen, K.Y. and Nijmeijer, H. "Global Practical Stabilization and Tracking for an Underactuated Ship -A Combined Averaging and Backstepping Approach", Model. Identif. Control, Vol. 20, No. 4, pp. 189–199, 1999.##
  7. Pettersen, K.Y. and Nijmeijer, H. "Tracking Control of an Underactuated Surface Vessel", Proc. IEEE Conf. on Decision and Control, Tampa, Florida, pp. 4561–4566, 1998.##
  8. Behal, A., Dawson, D. and et al. "Tracking and Regulation Control of an Underactuated Surface Vessel with Nonintegrable Dynamics", IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 47, No. 3, pp. 495-500, 2002.##
  9. Dixon, W., Dawson, D. and et al. "Robust Tracking and Regulation Control for Mobile Robots", Proceedings of IEEE Conference on Control and application, Vol. 2, No. 1, pp. 1015-1020, 1999.##
  10. Jiang, Z.P. "Global Tracking Control of Underactuated Ships by Lyapunov’s Direct Method", Automatica, Vol. 38, No. 2, pp. 301-309, 2009.##
  11. Ghommam, J. Mnif, F. and Derbel. N. "Global Stabilization and Tracking Control of Underactuated Surface Vessels", IET Control Theory Appl, Vol. 4, No. 1, pp. 71-88, 2010.##
  12. Do, K.D. and Pan. J. "Control of Ships and Underwater Vehicles", Springer, 2009.##
  13. Do, K.D., Jiang, Z.P. and Pan. J. "Underactuated Ship Global Tracking under Relaxed Conditions", IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 47, No. 9, pp. 1529-1536, 2002.##
  14. Do. K.D. "Formation Control of Underactuated Ships with Elliptical Shape Approximation and limited Communication Ranges", Automatica, Vol. 48, pp. 1380–1388, 2012.##
  15. Zhuang, L., Dong, B. and Guo. Z. "Higher Sliding Mode Tracking Control for Underactuated Surface Vessel", In Proceedings of 2013 Chinese Intelligent Automation Conference, pp. 569-578. Springer Berlin Heidelberg, 2013.##
  16. Lounis, A., Benzerrouk, A. and Philippe Martinet. "Mobile Robot Navigation in Cluttered Environment using Reactive Elliptic Trajectories", In 18th IFAC World Congress, 2011.##