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Linear course tracking for underactuated marine vehicles. A time-invariant nonlinear controller

 
: Indiveri, G.

Sankt Augustin: GMD Forschungszentrum Informationstechnik, 1999, 18 S.
GMD Report, 83
Englisch
Buch
Fraunhofer AIS ( IAIS) ()
nichtlineare Regelung; Positionsregelung; position control

Abstract
Dieser Aufsatz betrifft die Regelaufgabe, ein underactuated Fahrzeug auf einem geraden Kurs zu stabilisieren. Für den nichtlinearen, zeitinvarianten, differenzierbaren Fall wird eine neue Methode zur Lösung dieser Aufgabe vorgestellt. Während herkömmliche Autopiloten lediglich den Kurs stabilisieren, stabilisiert das neue Regelgesetz gleichzeitig den Kurs, die laterale Abweichung von der Kurslinie, sowie die Seitendrift. Hierdurch wird die Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen stark verbessert. Ein stetig differenzierbares Feld von Geschwindigkeitsvektoren wird zunächst so definiert, daß ein idealer Punkt darin die Regelaufgabe erfüllt. Dann wird ein Regelgesetz für underactuated Fahrzeuge angegeben, das zu diesem Feld exponentiell parallel ist. Globale Stabilität wird mit Lyapunov-Techniken nachgewiesen. Simulationen illustrieren das Verhalten des Regelgesetzes.

 

A novel approach for the design of nonlinear time-invariant, smooth, stabilizing control laws for underactuated vehicles is applied to the problem of stabilizing an underactuated marine system on a linear course. While traditional autopilots stabilize the heading only, the present steering law stabilizes the heading, the lateral distance from the desired linear course and the sway velocity thus greatly improving the robustness to environmental disturbances. A smooth velocity field is first defined such that an ideal point moving with such velocity would exponentially achieve the control objective. Then a steering law is designed for the underactuated vehicle such that it is exponentially parallel to this field. Global stability is proven with a Lyapunov analysis and simulations are reported to show the overall behaviour of the proposed solution.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/B-73225.html