ارائه‌ ی ساختار کنترلی تلفیقی نوآورانه برای وسیله‌‌ی دریایی خودکار تحریک کامل

در این مقاله، مسئله‏ ی ردیابی زمان-متناهی مسیر برای وسیله‌ی دریایی خودکار تحریک کامل در حضور نامعینی پارامتری، عدم ‏قطعیت مدل‎سازی و نیروهای اغتشاشی محیطی مورد مطالعه قرار گرفته و به منظور حل آن، ساختار کنترلی تلفیقی جدیدی (از نوع غیرخطی مقاوم-تطبیقی زمان-متناهی) پیشنهاد می‏ شود. در ابتدا، مدل جامعی برای توصیف رفتار سینماتیکی و دینامیکی وسیله‏ ی دریایی خودکار تحریک کامل ارائه می‏ گردد. در این مدل، اولاً تمامی ثابت‌های فیزیکی نامعلوم در نظر گرفته شده و ثانیاً عدم‎قطعیت‏‏ های مدل‏سازی و نیروهای ناشناخته‏ ی وارده از دریا به صورت یک عبارت برداری جمعی (با فرض کرانداری درایه‎ها) لحاظ گردیده است. برای مواجهه با نامعینی پارامتری، بخش ‏هایی از مدل غیرخطی وسیله‏ ی دریایی که شامل ثابت‏ های فیزیکی نامعلوم هستند، به فرم جامع رگرسوری خطی در پارامتر تبدیل می‏ شوند. در ادامه، با تعمیم روش کنترل مد لغزشی پایاندار، تعریف چندین نوع خمینه‏ های لغزشی غیرخطی ابتکاری و تلفیق آن با قوانین به‎روزرسانی، یک ساختار کنترلی غیرخطی مقاوم-تطبیقی طراحی می‏ گردد تا وسیله‏ ی دریایی در حضور عوامل نامطلوب فوق‏‏ الذکر، بعد از سپری شدن مدت زمان متناهی (زمان همگرایی مطلق) قابل تنظیمی دقیقاً به مسیر موردنظر برسد. قوانین به ‏روزرسانی موجود در ساختار کنترلی، تخمین‏ های پیوسته و لحظه‎ای را برای ثابت‌های فیزیکی نامعلوم وسیله دریایی فراهم کرده که همگی بعد از گذشت زمان همگرایی مطلق دقیقاً به مقادیر ثابتی می‏ رسند و لزوماً با مقادیر اسمی ثابت‏ های نامعلوم یکسان نیستند. سپس با استفاده از تحلیل‏ های ریاضی (مبتنی بر قضیه‏ ی پایداری لیاپانوف) اثبات می‏ گردد که ساختار کنترلی ترکیبی پیشنهادی قادر است ضمن برآورده ساختن هدف ردیابی مسیر، پایداری زمان-متناهی کلّی سیستم حلقه‏ بسته‏ ی وسیله‏ ی دریایی را تضمین ‌کند. علاوه بر این، تحلیل پایداری زمان-متناهی سیستم حلقه‎بسته‎ نشان می‎دهد که ماکزیمم زمان همگرایی مطلق برای رسیدن دقیق وسیله‏ ی دریایی به مسیر موردنظر، از مجموع دو زمان متناهی کوچک‏تر (به نام‎های زمان رسیدن و زمان نشست) تشکیل شده و هر کدام از این دو زمان را می‎ توان با استفاده از نامساوی‎های جداگانه‎ای مشخص کرد. در انتها با استفاده از نرم‎افزار matlab، سیستم حلقه ‏بسته‎ی کشتی cybership ii مورد شبیه‏ سازی عددی قرار می‏ گیرد تا نشان داده شود که راهکار کنترلی غیرخطی مقاوم-تطبیقی پیشنهادی می‌تواند هدف ردیابی زمان متناهی مسیر دلخواه را با کارائی مناسب برآورده سازد.

an innovative hybrid control structure for a fully-actuated unmanned marine vehicle

in this paper, the finite-time path tracking problem for a typical fully-actuated unmanned marine vehicle subject to unknown physical constants, modelling uncertainties, and environmental disturbance forces (generated by sea waves) is studied and discussed. to deal with the mentioned tracking problem, a novel hybrid control structure (based on the finite-time adaptive-robust approach) is proposed. first, a comprehensive model is extracted and introduced to describe kinematic and dynamic behaviors of the unmanned marine vehicle. in this model, all physical constants of the unmanned marine vehicle are assumed to be unknown. also, modelling uncertainties and unknown environmental disturbance forces are considered as a vector term added to the right side of the comprehensive model. to overcome the parametric uncertainties, all terms of the left side of the comprehensive model, which include unknown physical constants, are converted to the parametric linear regression form. second, by developing the terminal sliding mode control method, defining several types of innovative nonlinear sliding manifolds, and designing adaptation laws, a novel adaptive-robust nonlinear control structure is proposed to exactly steer the unmanned marine vehicle (in the existence of aforementioned undesirable factors) to the desired trajectory within an adjustable finite time. time responses related to the estimation of unknown physical constants will precisely converge to the fixed values after the finite time which are not identical to the nominal values of physical constants. third, by utilizing mathematical analysis (based on the lyapunov stability theorem), it is proven that the proposed hybrid control approach is able to both accomplish the path tracking objective and guarantee the global finite-time stability for the closed-loop unmanned marine vehicle. moreover, the stability analysis demonstrates that the convergence finite time is the summation of two smaller finite time (called reaching and settling times) and these times could be determined by two novel separate inequalities. finally, by using matlab software, the introduced adaptive-robust nonlinear control approach is simulated for the cybership ii and simulation results demonstrate that the finite-time path tracking aim is appropriately achieved.