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不完全驱动船舶直线航迹控制稳定性研究 被引量:27
1
作者 周岗 姚琼荟 +2 位作者 陈永冰 周永余 李文魁 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期378-384,共7页
基于输入输出线性化的技术,针对不完全驱动水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,给出了一种重定义输出变量和采用该输出变量的状态反馈控制律.文中基于Lyapunov直接法,得到了保证系统全局渐近稳定的充分条件.数值仿真和模拟试... 基于输入输出线性化的技术,针对不完全驱动水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,给出了一种重定义输出变量和采用该输出变量的状态反馈控制律.文中基于Lyapunov直接法,得到了保证系统全局渐近稳定的充分条件.数值仿真和模拟试验结果证明了该充分条件的正确性. 展开更多
关键词 LYAPUNOV函数 重定义输出变量 输入输出线性化 船舶航迹控制
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基于输入输出线性化的船舶全局直线航迹控制 被引量:28
2
作者 周岗 姚琼荟 +1 位作者 陈永冰 周永余 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期117-121,共5页
针对水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,基于输入输出线性化技术,给出了一类重定义输出变量和采用该输出变量的状态反馈控制律,并得到了保证系统全局渐近稳定的充分条件.数值仿真和模拟试验结果表明,所提出的充分条件能够保证... 针对水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,基于输入输出线性化技术,给出了一类重定义输出变量和采用该输出变量的状态反馈控制律,并得到了保证系统全局渐近稳定的充分条件.数值仿真和模拟试验结果表明,所提出的充分条件能够保证船舶航迹控制全局渐近稳定,设计的控制律具有比较理想的控制效果. 展开更多
关键词 船舶航迹控制 非线性系统 输入输出线性化 重定义输出变量 LYAPUNOV函数
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船舶航向非线性系统鲁棒跟踪控制 被引量:30
3
作者 罗伟林 邹早建 李铁山 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期893-895,共3页
对船舶航向非线性系统,提出了一种基于神经网络方法的鲁棒跟踪控制器.系统由船舶运动非线性响应模型和舵机伺服系统串联构成,其中运动响应模型考虑了建模误差和外界干扰力等非匹配不确定性.对建模误差和期望舵角的一阶导数项应用在线二... 对船舶航向非线性系统,提出了一种基于神经网络方法的鲁棒跟踪控制器.系统由船舶运动非线性响应模型和舵机伺服系统串联构成,其中运动响应模型考虑了建模误差和外界干扰力等非匹配不确定性.对建模误差和期望舵角的一阶导数项应用在线二层神经网络予以辨识和补偿,不确定性干扰项处理应用L2增益设计.采用Lyapunov函数递推法,得到包括神经网络权值算法在内的跟踪控制器.跟踪误差和神经网络权值误差的一致终值有界性保证了系统的鲁棒稳定性,合理的控制器参数选择保证了控制精度.仿真结果验证了控制器的有效性. 展开更多
关键词 船舶航向跟踪控制 非匹配不确定性 神经网络 L2增益设计 Lyapunov函数递归设计
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基于线性自抗扰控制的船舶航迹积分滑模控制器 被引量:12
4
作者 邱峰 李伟 宁君 《上海海事大学学报》 北大核心 2017年第3期12-17,51,共7页
为解决欠驱动船舶航迹直线和曲线跟踪控制问题,选取能解决航向不稳定等非线性问题的Bech模型,借助双曲正切函数,构造期望艏向方程,将航迹控制问题转化为航向控制问题。设计3阶跟踪微分器,对期望艏向及其微分信号进行精确提取。采用变结... 为解决欠驱动船舶航迹直线和曲线跟踪控制问题,选取能解决航向不稳定等非线性问题的Bech模型,借助双曲正切函数,构造期望艏向方程,将航迹控制问题转化为航向控制问题。设计3阶跟踪微分器,对期望艏向及其微分信号进行精确提取。采用变结构积分滑模面函数设计非线性误差反馈控制律,加快系统收敛速度,提出基于线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)的船舶航迹积分滑模控制器。该控制器的线性扩张状态观测器对系统内外总扰动进行在线估计与实时补偿;引入Hurwitz多项式,减少需整定的参数。仿真结果表明,航迹收敛快速准确,无超调,对外界干扰具有较强的鲁棒性。控制器参数具有一定的普适性,故其适用范围广。 展开更多
关键词 船舶航迹控制 Bech模型 线性自抗扰控制(LADRC) 积分滑模面
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船舶航向的自适应自调节PID跟踪控制 被引量:12
5
作者 赵志平 张强 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2019年第3期145-151,共7页
[目的]针对遭受时变环境扰动且存在参数不确定性的船舶航向非线性控制系统,为满足其航向控制的实时性要求,[方法]结合自适应技术,提出不依赖于模型参数与未知输入的自适应自调节的船舶航向跟踪控制方案,并利用Lyapunov 直接方法验证该... [目的]针对遭受时变环境扰动且存在参数不确定性的船舶航向非线性控制系统,为满足其航向控制的实时性要求,[方法]结合自适应技术,提出不依赖于模型参数与未知输入的自适应自调节的船舶航向跟踪控制方案,并利用Lyapunov 直接方法验证该控制律的有界性。[结果]仿真结果表明,该控制器可以自适应自调节PID的控制增益,不仅继承了传统PID控制器的优点,还对未知时变扰动具有良好的鲁棒性。[结论]研究成果可为船舶航向的跟踪控制设计提供参考。 展开更多
关键词 船舶航向 跟踪控制 不确定性 自调节PID 自适应控制
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一种船舶直线航迹控制算法及控制参数的设计 被引量:9
6
作者 周岗 陈永冰 +2 位作者 陈阳 李文魁 贾玉柱 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期1043-1048,共6页
在船舶运动参数准确值未知的条件下,针对如何设计航迹控制参数,保证船舶航迹控制全局渐近稳定的问题,给出了船舶航迹控制参数的分析、设计和实验验证方法。首先,提出一种不直接包含船舶运动参数的船舶航迹状态反馈控制律。接着,通过稳... 在船舶运动参数准确值未知的条件下,针对如何设计航迹控制参数,保证船舶航迹控制全局渐近稳定的问题,给出了船舶航迹控制参数的分析、设计和实验验证方法。首先,提出一种不直接包含船舶运动参数的船舶航迹状态反馈控制律。接着,通过稳定性分析获得了实现船舶航迹闭环系统全局渐近稳定的条件。然后,由该稳定条件给出了船舶航迹控制参数的分析、设计和实验方法。最后,对该方法进行了数字仿真,并应用到船舶航迹自动操舵仪装备中。实船应用结果证明了方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 船舶航迹控制 全局渐近稳定 直线航迹控制算法 LYAPUNOV函数
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海上浮式集装箱起重机的小车位置跟踪和吊重消摆控制研究 被引量:9
7
作者 孙友刚 董达善 +1 位作者 强海燕 滕媛媛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期207-215,245,共10页
浮式集装箱起重机(OCC)是新型的海上吊运系统,能够对锚泊在深海的大型集装箱运输船进行装卸作业,来解决港口拥堵和大型船舶因港口水浅无法靠岸过驳等问题;但是由于受海上风浪干扰影响,所吊运的载荷会产生复杂的非线性动力学响应,严重影... 浮式集装箱起重机(OCC)是新型的海上吊运系统,能够对锚泊在深海的大型集装箱运输船进行装卸作业,来解决港口拥堵和大型船舶因港口水浅无法靠岸过驳等问题;但是由于受海上风浪干扰影响,所吊运的载荷会产生复杂的非线性动力学响应,严重影响作业效率,甚至引发安全事故。针对此问题,推导船体横摇和升沉运动下OCC系统负载吊运过程的摆振动力学模型,并设计吊运轨迹跟踪的非线性控制器,同时实现海浪干扰和起重小车运动耦合下OCC系统的位置跟踪和负载的消摆控制;采用Lyapunov方法严格证明了控制器的稳定性;最后,比较仿真和实验结果验证所提方法的有效性。通过此方法能抑制海浪激励对集装箱吊运轨迹的影响,确保OCC系统安全高效运行。 展开更多
关键词 船体运动 动力学 跟踪控制 残留摆角抑制 虚拟样机
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一类船舶直线航迹控制系统全局渐近稳定的充分条件及推论 被引量:2
8
作者 周岗 陈永冰 +2 位作者 姚琼荟 周永余 李文魁 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第11期1204-1208,共5页
针对水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,给出了一种使系统关系度为零的特殊重定义输出变量,并得到了一类状态反馈控制律.文中引入一种新的Lyapunov预选函数,采用Lyapunov直接法研究系统的稳定性问题,得到了系统全局渐近稳定的... 针对水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,给出了一种使系统关系度为零的特殊重定义输出变量,并得到了一类状态反馈控制律.文中引入一种新的Lyapunov预选函数,采用Lyapunov直接法研究系统的稳定性问题,得到了系统全局渐近稳定的充分条件及推论.数值仿真和模拟试验结果证明了该充分条件的正确性. 展开更多
关键词 LYAPUNOV函数 重定义输出变量 非线性系统 输入输出线性化 船舶航迹控制
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船舶航向非线性系统自适应模糊补偿控制 被引量:7
9
作者 朱冬健 马宁 顾解忡 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期250-254,261,共6页
研究了船舶直航和谐波航向控制问题.基于Lyapunov稳定性理论,将自适应模糊补偿技术应用到船舶航向非线性响应模型中,利用万能逼近定理构造模糊系统逼近系统中的未知非线性,提出了一种基于自适应模糊补偿且带有物理约束二阶滤波器的鲁棒... 研究了船舶直航和谐波航向控制问题.基于Lyapunov稳定性理论,将自适应模糊补偿技术应用到船舶航向非线性响应模型中,利用万能逼近定理构造模糊系统逼近系统中的未知非线性,提出了一种基于自适应模糊补偿且带有物理约束二阶滤波器的鲁棒跟踪控制器.运动响应模型考虑了建模误差和外界干扰,模糊系统能有效地逼近非线性系统,控制器能够准确地跟踪预设航向和转首角速度.舵角控制结合舵机伺服系统模型,操舵情况符合物理现实.数值仿真在相同控制参数下与传统比例-微分(PD)控制作比较,结果验证了自适应模糊控制器的有效性和优越性. 展开更多
关键词 船舶航向跟踪 非线性鲁棒控制 自适应模糊补偿控制 指令滤波 Lyapunov稳定性设计
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基于蝗虫优化算法的大型运输船舶自适应控制 被引量:2
10
作者 余荣臻 袁剑平 李俊益 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第3期66-74,共9页
[目的]海上航行环境随机复杂多变,而智能自主航行是大型远洋运输船舶发展的重要趋势,为此,提出一种新的自适应控制方法。[方法]首先,基于蝗虫优化算法(GOA),将线性二次型调节器(LQR)控制方法与一阶动态积分滑模控制方法相融合;然后,结... [目的]海上航行环境随机复杂多变,而智能自主航行是大型远洋运输船舶发展的重要趋势,为此,提出一种新的自适应控制方法。[方法]首先,基于蝗虫优化算法(GOA),将线性二次型调节器(LQR)控制方法与一阶动态积分滑模控制方法相融合;然后,结合实时监测波浪干扰力的非线性无源估计器,将船舶高、低频运动信号进行分离;最后,与LQR控制方法和一阶动态积分滑模控制方法进行仿真对比。[结果]结果显示,新的控制方法具有更好的瞬态和稳态跟踪性能,在不同的海况下能够克服随机波浪的影响,具有较强的鲁棒性。[结论]新的控制方法具有复杂环境下的自适应调节能力,且控制响应快、精度高、无效操舵少,能极大地提高大型运输船舶的航行效率、安全性和稳定性。 展开更多
关键词 大型运输船舶 蝗虫优化算法 滑模控制 线性二次型调节器 跟踪控制
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基于参考模型的电力推进船舶航向滑模控制器设计 被引量:4
11
作者 付德祥 康伟 朱瑾 《控制工程》 CSCD 北大核心 2013年第S1期35-38,共4页
针对全回转舵浆的电力推进船舶航向控制问题,基于等价舵效建立的船舶回转运动响应方程,设计了基于参考模型的滑模控制器。该控制器含有两个滑模控制子系统,其一用来控制参考模型,以获得理想的动态响应;另一个以前者每个控制周期对应的... 针对全回转舵浆的电力推进船舶航向控制问题,基于等价舵效建立的船舶回转运动响应方程,设计了基于参考模型的滑模控制器。该控制器含有两个滑模控制子系统,其一用来控制参考模型,以获得理想的动态响应;另一个以前者每个控制周期对应的状态为控制目标输入,引导船舶航向收敛于设定值。仿真结果表明,在满足全回转舵浆回转角幅值与速度的限制下,该方法能够有效解决滑模控制输入的强抖振问题,能降低滑模控制输入的要求,且具有良好的鲁棒性与控制效果。 展开更多
关键词 电力推进船舶 航向控制 参考模型 滑模变结构控制
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基于Backstepping方法的船舶直线航迹控制 被引量:4
12
作者 刘勇 卜仁祥 朱业求 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期5-8,共4页
针对非线性船舶航迹控制系统,利用Backstepping方法和李亚普诺夫直接法,提出一种非线性鲁棒控制算法,并设计直线航迹控制器.仿真结果表明,控制器可以使船舶航向偏差和航迹偏差同时稳定在平衡点,航迹偏差几乎无抖震,稳定时间明显缩短,并... 针对非线性船舶航迹控制系统,利用Backstepping方法和李亚普诺夫直接法,提出一种非线性鲁棒控制算法,并设计直线航迹控制器.仿真结果表明,控制器可以使船舶航向偏差和航迹偏差同时稳定在平衡点,航迹偏差几乎无抖震,稳定时间明显缩短,并可通过设计参数调节,使船舶直线航迹跟踪控制效果理想.控制算法具有强鲁棒性. 展开更多
关键词 船舶 航向偏差 航迹偏差 航迹控制 BACKSTEPPING方法 鲁棒性
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基于动态滑模的欠驱动船舶航迹跟踪控制 被引量:3
13
作者 刘贤朋 卜仁祥 刘勇 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期5-9,共5页
针对具有二阶非完整约束特性的常规水面船舶,进行航迹跟踪控制设计.利用基于动态非线性滑模分解迭代设计的增量反馈控制方法,在船舶有一定进速的条件下仅利用舵设备即可完成欠驱动船舶的路径跟踪.该算法无需对不确定模型的参数或风、流... 针对具有二阶非完整约束特性的常规水面船舶,进行航迹跟踪控制设计.利用基于动态非线性滑模分解迭代设计的增量反馈控制方法,在船舶有一定进速的条件下仅利用舵设备即可完成欠驱动船舶的路径跟踪.该算法无需对不确定模型的参数或风、流干扰进行估计,并解除了要求参考航向已知和角速度持续激励的限制条件,能够同时进行直线和曲线的航迹跟踪.对"育龙"轮的非线性水动力模型仿真结果表明,控制器对系统参数摄动及外界干扰不敏感,具有强的鲁棒性. 展开更多
关键词 船舶 航迹控制 欠驱动系统 滑模控制 反馈控制
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存在饱和输入的欠驱动船舶航迹跟踪控制 被引量:3
14
作者 黄汉涛 李家旺 周家炜 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2018年第5期77-82,87,共7页
针对控制输入存在饱和限制的欠驱动船舶的航迹跟踪问题,提出鲁棒饱和控制方法。以船舶纵向速度和艏向角速度为虚拟输入,设计饱和运动学控制器,并引入二阶滤波器形式对控制器进行简化;利用反步法并引入Nussbaum型函数,设计饱和动力学控制... 针对控制输入存在饱和限制的欠驱动船舶的航迹跟踪问题,提出鲁棒饱和控制方法。以船舶纵向速度和艏向角速度为虚拟输入,设计饱和运动学控制器,并引入二阶滤波器形式对控制器进行简化;利用反步法并引入Nussbaum型函数,设计饱和动力学控制器,以实现对任意光滑航迹的跟踪控制,并保证跟踪误差收敛至零点附近的一个有界区域内。仿真算例验证了设计方法的有效性和鲁棒性。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 输入饱和 跟踪控制 Nussbaum型函数 鲁棒性
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基于滤波反步法的船舶航向跟踪控制 被引量:3
15
作者 林郁 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期6-9,共4页
针对存在不确定性的非线性船舶航向运动数学模型,将反步算法和command filter technique相结合,提出一种新的非线性神经网络自适应控制器设计方法.基于Lyapunov稳定性分析理论,采用command filter technique消除传统反步法中存在的"... 针对存在不确定性的非线性船舶航向运动数学模型,将反步算法和command filter technique相结合,提出一种新的非线性神经网络自适应控制器设计方法.基于Lyapunov稳定性分析理论,采用command filter technique消除传统反步法中存在的"计算爆炸"问题,同时将神经网络权值的范数作为估计参数,以减少控制器的计算负担,便于工程实现和应用.所设计的非线性自适应神经网络控制器使船舶航向控制系统中所有信号一致有界,航向误差收敛于零.仿真结果验证了该算法的有效性. 展开更多
关键词 船舶航向 跟踪控制 自适应控制 非线性系统 神经网络
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直线不稳定船舶航迹控制的稳定性研究 被引量:2
16
作者 周岗 张晓锋 +1 位作者 陈永冰 姚琼荟 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2008年第12期2462-2465,共4页
针对直线不稳定船舶的全局直线航迹控制,提出了一类航迹非线性状态反馈控制算法。采用Lya-punov直接法分析系统的稳定性,得到了保证闭环控制系统全局渐近稳定的充分条件,从而解决了直线不稳定船舶航迹闭环控制系统全局稳定性的判定问题... 针对直线不稳定船舶的全局直线航迹控制,提出了一类航迹非线性状态反馈控制算法。采用Lya-punov直接法分析系统的稳定性,得到了保证闭环控制系统全局渐近稳定的充分条件,从而解决了直线不稳定船舶航迹闭环控制系统全局稳定性的判定问题。数值仿真和模拟试验结果验证了该充分条件的正确性。 展开更多
关键词 船舶工程 船舶航迹控制 LYAPUNOV函数 全局渐近稳定
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基于自适应滑模的喷水推进船舶航向控制 被引量:2
17
作者 曾薄文 朱齐丹 宋洋 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2011年第1期226-229,共4页
关于船舶航行优化控制,针对喷水推进船舶的航向稳定性控制问题,根据模型中非线性水动力不确定性和外界干扰,提出了基于PID增益调节的自适应滑模控制方法,并利用Lyapunov稳定性理论证明控制方法的稳定性。控制方法对于模型参数摄动和外... 关于船舶航行优化控制,针对喷水推进船舶的航向稳定性控制问题,根据模型中非线性水动力不确定性和外界干扰,提出了基于PID增益调节的自适应滑模控制方法,并利用Lyapunov稳定性理论证明控制方法的稳定性。控制方法对于模型参数摄动和外界干扰有较好的鲁棒性,PID增益参数的选择可通过在线自适应学习获得,采用边界层方法对设计的滑模控制器的高频抖振加以合理抑制。以一艘喷水推进船舶为例,进行了航向改变的仿真,结果表明设计的控制器具有船舶操纵的良好动态性能,且具有超调小、鲁棒性强的优点,更加符合船舶航向实时控制的工程要求。 展开更多
关键词 喷水推进船舶 航向控制 自适应滑模控制
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空船重量优化及跟踪控制方法 被引量:1
18
作者 智广信 安毅 袁博 《船舶标准化工程师》 2022年第4期19-21,77,共4页
为在保证船舶基本性能的基础之上降低资源能耗、减少建造成本,对空船重量优化和设计建造过程跟踪控制的方法进行介绍,通过实船案例对方法的可行性和有效性进行验证。研究成果可为船舶轻量化设计提供一定参考。
关键词 空船重量 轻量化 跟踪控制 结构优化
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Modeling and Nonlinear Computed Torque Control of Ship-mounted Mobile Satellite Communication System
19
作者 Jun Jiang 1 Bin Yao 2,3 Jian Guo 1 Qing-Wei Chen 1 1 School of Automation, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China 2 School of Mechanical Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN 47907, USA 3 State Key Laboratory of Fluid Power Transmission and Control, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China 《International Journal of Automation and computing》 EI 2012年第5期459-466,共8页
A mobile satellite communication system (MSCS) is a device installed on a moving carrier for mobile satellite communication. It can eliminate disturbance and maintain continuous satellite communication when the carrie... A mobile satellite communication system (MSCS) is a device installed on a moving carrier for mobile satellite communication. It can eliminate disturbance and maintain continuous satellite communication when the carrier is moving. Because of many advantages of mobile satellite communication, the MSCSs are becoming more and more popular in modern mobile communication. In this paper, a typical ship-mounted MSCS is studied. The dynamic model of the system is derived using the generalized Lagrange method both in the joint space and in the workspace. Based on the dynamic model, a nonlinear computed torque controller with trajectory planning is designed to track an aimed satellite with a satisfied transient response. Simulation results in two different situations are presented to show the tracking performance of the controller. 展开更多
关键词 Mobile satellite communication system (MSCS) dynamic modeling computed torque control tracking control ship-mounted
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Adaptive robust control of mobile satellite communication system with disturbance and model uncertainties
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作者 Jun Jiang Jian Guo +1 位作者 Bin Yao Qingwei Chen 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2012年第5期761-767,共7页
The tracking and stable control of a typical shipmounted mobile satellite communication system(MSCS) is studied.Unlike the former studies based on simplified single-axis models,a tri-axis nonlinear model including t... The tracking and stable control of a typical shipmounted mobile satellite communication system(MSCS) is studied.Unlike the former studies based on simplified single-axis models,a tri-axis nonlinear model including the kinematic and dynamic features of the MSCS is used as the control object.An adaptive robust controller with trajectory planning is designed to deal with large parametric uncertainties and uncertain nonlinearities of the system.A theoretic performance result is given and proved.The designed adaptive robust controller and other two traditional controllers are tested in the comparative simulations under three different situations.The simulation results show the tracking and stable validity of the proposed controller. 展开更多
关键词 ship-mounted mobile satellite communication system adaptive control robust control tracking control
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