基于扩张状态观测器的滑模预测串级舵减摇控制

针对在定权重模型预测舵减摇控制下的欠驱动船舶转向响应较慢的问题，提出一种基于模糊扩张状态观测器（FESO）的滑模预测串级舵减摇控制方法。建立线性三自由度欠驱动船舶运动模型，设计FESO来估计船舶状态和外部扰动，设计离散自适应滑模控制（DASMC）作为串级外环航向控制，以外环控制作为预期控制律，设计模型预测控制（MPC）作为串级内环减摇控制。通过分析船舶的航向误差和航行情况，设计模糊规则在不同航行情况下改变MPC目标函数的状态权重和控制输入权重，理论证明了所设计观测器的收敛性和控制方法的闭环稳定性。通过对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析，在航向改变的情况下，所设计的控制器减摇率在保证减摇效果的同时，相比固定权重线性MPC在30°的转向的响应时间更少，证明了所提方法能有效提升欠驱动船舶减摇时对转向的响应。