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本文结合一种基于时间生成器（TBG）的预定义有限时间函数，提出了一个针对动力定位船舶事件触发的神经自适应预定义实际有限时间（PPFT）动力定位控制方案。特别地，在动态曲面控制下，结合TBG设计框架，DP系统的收敛时间和控制精度可以由设计人员离线确定。通过Lyapunov原理，闭环DP控制系统的稳定性得到验证。仿真结果表明，在所提方案下，DP控制性能达到令人满意的性能。本方案具有离线预定义收敛时间短、计算负担小、执行器响应低等优点。
中文题目：船舶无锚却“纹丝不动”？“小”函数大作用！
英文原题：Event-triggered neuroadaptive predefined practical finite-time control for dynamic positioning vessels: A time-based generator approach
通讯作者：马 勇，武汉理工大学
第一作者：祝贵兵，浙江海洋大学
关键词：动力定位船舶；预定义实际有限时间；神经自适应；事件触发控制；不确定
背景介绍
动力定位船舶主要利用采集来的环境参数（风、浪、流），根据位置参照系统提供的位置，自动地进行计算，控制各推力器的推力大小，从而在不使用锚泊系统的前提下保持艏向和船位在允许的偏移范围内。这类船舶常常应用在管道铺设、巡检和监视、石油钻井等方面。然而，海洋环境（风、浪、流）复杂多变，船舶模型参数的不确定以及未建模动态（即内外不确定）等都可能会影响船舶动力定位的稳定性。尽管现存的一些文献和方法解决了此类问题，但船舶定位性能（包括了收敛时间和控制精度）可能无法得到保证。此外，在船舶达到定位点时，控制中心仍需不断计算控制信号，并要求驱动器高频率响应此信号以补偿内外部不确定影响，这使得机械磨损不可避免。
研究成果
为有效应对海洋环境复杂多变、船舶模型参数不确定性，以及执行器频率限制等不利影响，切实保障船舶动力定位控制的稳定性及定位性能，严新平院士团队提出了一种新颖的基于事件触发的神经自适应预定义实际有限时间（PPFT）动力定位控制算法，在事件触发机制下根据设计人员离线定义收敛时间和控制精度来实现船舶动力定位控制。为实现离线定义，结合有限时间理论，提出了一个基于时间生成器（TBG）的预定义有限时间函数；为缓解驱动器磨损，在控制器-驱动器通道上构建了一个事件触发机制。特别地，通过分离原则、神经网络、虚拟参数学习技术，有效解决了内外部不确定问题。图1为算法的具体原理框架图。
图1 控制方案的原理框架图
在设计的控制算法下，本文进行了仿真及比对实验。图2-3可知，本方案具有离线预定义收敛时间短和执行器响应低的优点。
图2 在x-y平面内实际和参考轨迹
图3 触发间隔和触发时间
未来方向
随着船舶智能化、自主化水平的持续发展，动力定位船舶在运动控制过程中对信息交互的需求日益增加，面临着更多的动态网络安全风险。未来，开展通信时延、带宽受限、多重网络攻击下动力定位船舶控制研究工作，能够保证船舶航行安全、顺利完成海事作业，具有重要的理论意义和应用价值。
主要作者简介
马勇 武汉理工大学航运学院教授，研究方向：船舶智能航行理论与技术、智能海事保障技术。
祝贵兵 浙江海洋大学船舶与海运学院副教授，研究方向：鲁棒自适应、神经网络、非线性等控制方法在海洋水面船舶中的应用。
引用本文
Guibing Zhu, Yong Ma, Xinping Yan. Event-triggered neuroadaptive predefined practical finite-time control for dynamic positioning vessels: A time-based generator approach. Fundamental Research, 4(5) (2024) 1254-1265.
原文链接（复制到浏览器中查看）：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266732582200379X
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