کنترل حرکت یک شناور بدون سرنشین بادبانی در معرض اغتشاشات و جریانات سطحی بر اساس الگوریتم تلفیقی خطی‌سازی فیدبک بهینه

در این مقاله، طراحی کنترل‌کننده سمت و سرعت یک قایق بادبانی بدون‌سرنشین بررسی می‌شود که از نیروی باد طبیعی، به‌طور موثر جهت پیمایش مسیر در دریا استفاده می‌کند. در این پژوهش با توجه به معادلات غیرخطی حاکم بر دینامیک قایق بادبانی و اعمال اغتشاشات ناشی از جریان‌های آبی در معادلات دینامیک، از دو کنترل‌کنندۀ مجزا برای کنترل سمت و سرعت قایق بادبانی در حضور اغتشاشات، استفاده شده است. در روش پیشنهادی، برای تعقیب زاویۀ سمت مطلوب از کنترل فیدبک خطی‌ساز ورودی-خروجی و برای کنترل سرعت، از یک کنترل‌کننده‌ ابتکاری بهینه با هدف کنترل زاویۀ بادبان، جهت بیشینه نمودن سرعت، استفاده شده است. در روش خطی‌سازی فیدبک، با حذف جمله‌های غیرخطی، سیستم خطی شده و سپس کنترل‌کنندۀ سمت مناسب، به گونه‌ای طراحی می‌شود که خروجی، ورودی مطلوب را ردیابی کند. با طراحی کنترل‌کنندۀ زاویۀ بادبان، سرعت بیشینه، متناسب با سمت و سرعت حقیقی باد، به دست خواهد آمد. نتایج شبیه‌سازی با روش کنترل  pid  مقایسه و مشاهده شد که روش کنترل فیدبک خطی‌ساز بهینه، سمت مرجع را در یک بازه زمانی کوتاه‌تری (حدود 20 ثانیه) در برخی سمت‌های مرجع، دنبال نموده است و در کنترل سرعت شناور، به‌صورت میانگین، حدود 20 درصد افزایش سرعت، نسبت به روش کنترل pid حاصل شده است.

motion control of an unmanned sailing boat subject to surface disturbances based on an integrated optimal feedback linearization algorithm

this article presents the design of heading and speed controllers for an unmanned sailing boat that effectively utilizes natural wind power to navigate maritime paths. considering the nonlinear dynamics governing the sailboat and the disturbances caused by water currents, two separate controllers are employed to manage the heading and speed under these perturbations. the proposed method uses an input-output feedback linearization controller to track the desired heading angle, while an innovative optimal controller regulates the sail angle to maximize speed. in the feedback linearization approach, nonlinear terms are canceled to linearize the system, enabling the design of a heading controller that ensures the output accurately follows the desired input. the sail angle controller is designed to achieve maximum speed based on the actual wind direction and speed. simulation results, compared with a conventional pid control method, show that the optimal feedback linearization controller tracks the reference heading faster—by approximately 20 seconds in some cases—and achieves an average speed increase of about 20% over the pid controller.