海洋水面船舶先進(jìn)控制理論與方法

進(jìn)入二十一世紀(jì)，海洋再次成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)過程中，海洋經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略要地，同時(shí)也順應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展潮流。作為當(dāng)今海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要載體，水面船舶的研究與開發(fā)再次被推向了一個(gè)新高度。另外，隨著海上貿(mào)易不斷增多，船舶的安全性、經(jīng)濟(jì)性及舒適性也進(jìn)一步得到重視，這迫使船舶運(yùn)動(dòng)控制問題得到關(guān)注。當(dāng)今，智能航運(yùn)已經(jīng)被提高到了國家戰(zhàn)略層面，而水面船舶作為智能航運(yùn)發(fā)展的有機(jī)載體已經(jīng)凸顯其重要性。船舶的自主控制是實(shí)現(xiàn)高度無人化、自主化的必經(jīng)之路，因此如何安全、精確地實(shí)現(xiàn)水面船舶的自主控制是當(dāng)前所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

近年來，隨著海洋工業(yè)向深海方向發(fā)展，船舶運(yùn)動(dòng)控制問題引起了相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)的高度重視。本書研究水面船舶實(shí)際航行過程中的問題，針對由風(fēng)、浪、流等引起的外部環(huán)境擾動(dòng)，由建模技術(shù)、船舶操縱環(huán)境等引起的船舶模型參數(shù)攝動(dòng)等引起的參數(shù)不確定、動(dòng)態(tài)不確定等，傳感設(shè)備的測量不確定性，推進(jìn)系統(tǒng)的物理約束，以及突發(fā)性故障等引起的全驅(qū)動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的軌跡跟蹤控制設(shè)計(jì)難題，提出船舶運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)狀態(tài)反饋和輸出反饋控制策略，形成一套先進(jìn)的水面船舶運(yùn)動(dòng)控制理論與方法，研究內(nèi)容較為系統(tǒng)全面。本書匯聚了作者多年來的研究成果，撰寫過程中充分吸收了國內(nèi)外船舶運(yùn)動(dòng)控制理論研究的前沿成果，以期成為該領(lǐng)域在校本科生與研究生、相關(guān)科技工作者及工程技術(shù)人員的參考書籍。

本書共9章。第1章為緒論；第2章為船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型與基礎(chǔ)理論；第3章為輸入飽和約束下MSV魯棒自適應(yīng)跟蹤控制；第4章為具有預(yù)定義性能的MSV自適應(yīng)神經(jīng)輸出反饋跟蹤控制；第5章為基于復(fù)合學(xué)習(xí)的船舶動(dòng)態(tài)事件觸發(fā)跟蹤控制；第6章為基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擾動(dòng)觀測器的欠驅(qū)動(dòng)船舶有限時(shí)間跟蹤控制；第7章為基于事件觸發(fā)復(fù)合學(xué)習(xí)欠驅(qū)動(dòng)MSV有限時(shí)間跟蹤控制；第8章為基于單參數(shù)學(xué)習(xí)的欠驅(qū)動(dòng)水面船舶有限時(shí)間跟蹤控制；第9章為輸入飽和下欠驅(qū)動(dòng)船舶自適應(yīng)神經(jīng)容錯(cuò)跟蹤控制。

本書獲得浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LY21E090005）、舟山市科技局項(xiàng)目（2022C41006）、浙江海洋大學(xué)人才基金項(xiàng)目的資助。研究生喻淑蘭、吳晨、李俊輝等參與了本書內(nèi)容的部分研究工作及書稿的整理、校對工作。另外，本書在撰寫過程中還得到了武漢理工大學(xué)馬勇教授、浙江海洋大學(xué)潘寶峰博士等的幫助與支持，在此對他們表示由衷的感謝。

由于作者水平有限，書中不妥之處在所難免，懇請讀者批評指教。

前言
第1章 緒論 1
1.1 Backstepping設(shè)計(jì)方法概述 1
1.1.1 Backstepping簡介 1
1.1.2 積分器Backstepping 1
1.1.3 自適應(yīng)控制器Backstepping 3
1.2 船舶運(yùn)動(dòng)控制概述 5
1.2.1 船舶運(yùn)動(dòng)控制任務(wù) 5
1.2.2 船舶運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)分類 7
1.3 船舶跟蹤控制現(xiàn)狀 9
1.3.1 船舶航跡跟蹤控制設(shè)計(jì)方法 9
1.3.2 船舶內(nèi)外部不確定 10
1.3.3 執(zhí)行物理約束 12
1.3.4 輸出受限 13
參考文獻(xiàn) 14
第2章 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型與基礎(chǔ)理論 23
2.1 三自由度數(shù)學(xué)模型 23
2.1.1 坐標(biāo)系建立 23
2.1.2 六自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 25
2.1.3 三自由度運(yùn)動(dòng)全驅(qū)動(dòng)船舶數(shù)學(xué)模型 26
2.1.4 三自由度運(yùn)動(dòng)欠驅(qū)動(dòng)船舶數(shù)學(xué)模型 27
2.2 相關(guān)理論 29
參考文獻(xiàn) 31
第3章 輸入飽和約束下MSV魯棒自適應(yīng)跟蹤控制 32
3.1 問題描述 32
3.2 狀態(tài)/輸出反饋控制設(shè)計(jì) 34
3.2.1 狀態(tài)反饋控制律設(shè)計(jì) 34
3.2.2 輸出反饋控制律設(shè)計(jì) 39
3.2.3 仿真驗(yàn)證 42
3.3 有限時(shí)間控制律設(shè)計(jì) 50
3.3.1 控制律設(shè)計(jì) 51
3.3.2 穩(wěn)定性分析 55
3.3.3 仿真驗(yàn)證 56
3.4 結(jié)論 62
參考文獻(xiàn) 62
第4章 具有預(yù)定義性能的MSV自適應(yīng)神經(jīng)輸出反饋跟蹤控制 66
4.1 問題描述 66
4.2 控制設(shè)計(jì) 67
4.2.1 觀測器設(shè)計(jì) 67
4.2.2 性能函數(shù)與跟蹤誤差轉(zhuǎn)換 70
4.2.3 控制律設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析 71
4.3 仿真驗(yàn)證 76
4.3.1 控制方案有效測試 77
4.3.2 噪聲容忍測試 81
4.3.3 性能比較 83
4.4 結(jié)論 85
參考文獻(xiàn) 86
第5章 基于復(fù)合學(xué)習(xí)的船舶動(dòng)態(tài)事件觸發(fā)跟蹤控制 90
5.1 問題描述 90
5.2 控制設(shè)計(jì) 91
5.2.1 觀測器設(shè)計(jì) 91
5.2.2 控制律設(shè)計(jì) 95
5.3 穩(wěn)定性分析 100
5.4 仿真驗(yàn)證 103
5.4.1 控制方案的有效性測試 105
5.4.2 DETP和靜態(tài)ETP下的性能比較 109
5.4.3 不同參數(shù)下的性能比較 110
5.5 結(jié)論 110
參考文獻(xiàn) 111
第6章 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擾動(dòng)觀測器的欠驅(qū)動(dòng)船舶有限時(shí)間跟蹤控制 114
6.1 問題描述 114
6.2 控制律設(shè)計(jì) 115
6.3 穩(wěn)定性分析 121
6.4 仿真驗(yàn)證 126
6.5 結(jié)論 131
參考文獻(xiàn) 131
第7章 基于事件觸發(fā)復(fù)合學(xué)習(xí)欠驅(qū)動(dòng)MSV有限時(shí)間跟蹤控制 134
7.1 問題描述 134
7.2 控制設(shè)計(jì) 134
7.3 仿真驗(yàn)證 142
7.4 結(jié)論 149
參考文獻(xiàn) 150
第8章 基于單參數(shù)學(xué)習(xí)的欠驅(qū)動(dòng)水面船舶有限時(shí)間跟蹤控制 151
8.1 問題描述 151
8.2 坐標(biāo)變換 152
8.3 控制設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析 155
8.3.1 控制律設(shè)計(jì) 155
8.3.2 穩(wěn)定性分析 160
8.4 仿真驗(yàn)證 161
8.4.1 性能測試與對比研究 161
8.4.2 魯棒性測試 167
8.5 結(jié)論 169
參考文獻(xiàn) 169
第9章 輸入飽和下欠驅(qū)動(dòng)船舶自適應(yīng)神經(jīng)容錯(cuò)跟蹤控制 172
9.1 問題描述 172
9.2 坐標(biāo)變換 173
9.3 控制設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析 177
9.4 仿真驗(yàn)證 184
9.5 結(jié)論 188
參考文獻(xiàn) 189

1. 零基礎(chǔ)玩轉(zhuǎn)國產(chǎn)大模型DeepSeek [徐永冰 張帥 編著]
2. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
3. 信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師考試32小時(shí)通關(guān)（適用第4版考綱） [薛大龍]
4. 信息系統(tǒng)管理工程師考試32小時(shí)通關(guān)（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測實(shí)訓(xùn) [洪曉江 達(dá)則曉麗 錢波]
6. 科技信息檢索與論文寫作實(shí)用教程 [李振華]
7. 傳統(tǒng)山水畫論解讀與實(shí)踐 [陳鈉 著]
8. Python數(shù)據(jù)庫編程 [主編 殷樹友 邢 翀]
9. 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術(shù) [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應(yīng)用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話——深入淺出話AI [汪建　著]
15. 電商運(yùn)營與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應(yīng)用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學(xué)生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導(dǎo) [主編　劉志堅(jiān)]
20. 高級(jí)辦公應(yīng)用項(xiàng)目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開發(fā)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業(yè)檔案工作實(shí)戰(zhàn)寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢娜]
24. 大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ) [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機(jī) [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo) [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師章節(jié)習(xí)題與考點(diǎn)特訓(xùn) [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學(xué)生工作探索與實(shí)踐 [郭亮 著]
29. 大學(xué)生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長沙市會(huì)展業(yè)發(fā)展報(bào)告 [主編 周棟良]