基于MATLAB的水面无人船舶级联反步法航迹跟踪控制仿真系统

资 源 简 介

本项目实现水面无人船舶航迹跟踪控制仿真，包含船舶动力学建模、级联反步控制器设计和性能验证。通过MATLAB/Simulink搭建完整仿真平台，验证控制器在轨迹跟踪中的有效性和鲁棒性。

详 情 说 明

水面无人船舶级联反步法航迹跟踪控制仿真系统

项目简介

本项目设计并实现了基于级联反步法的水面无人船舶航迹跟踪控制系统。系统通过建立船舶的动力学和运动学模型，采用级联反步控制方法设计控制器，实现船舶对期望航迹的精确跟踪。系统具备完整的仿真验证功能，可评估控制器的跟踪性能和鲁棒性，并提供丰富的可视化分析工具。

功能特性

• 精确建模：建立完整的水面船舶动力学和运动学数学模型
• 先进控制：采用级联反步法设计航迹跟踪控制器，确保系统稳定性
• 鲁棒验证：支持风浪干扰环境下的控制器鲁棒性测试
• 全面分析：提供位置误差、航向角误差等关键性能指标分析
• 丰富可视化：二维/三维航迹跟踪动画、误差曲线、控制量显示
• 性能评估：集成ISE、ITAE等误差积分指标计算

使用方法

1. 参数配置：在配置文件中设置船舶参数、控制参数、环境参数和仿真参数
2. 航迹定义：输入期望航迹点的坐标序列(x_d,y_d)
3. 初始状态：设定船舶的初始位置、航向角和速度
4. 运行仿真：执行主程序开始控制仿真
5. 结果分析：查看生成的轨迹曲线、误差分析和性能指标报告

系统要求

• MATLAB R2018b或更高版本
• 控制系统工具箱
• 仿真模块支持
• 可视化工具包

文件说明

主程序文件实现了系统的核心仿真流程，包括船舶数学模型的建立、级联反步控制器的设计与求解、运动轨迹的数值积分计算、跟踪误差的实时监测与分析、李雅普诺夫稳定性的验证评估，以及最终结果的可视化展示与性能指标输出。该文件整合了从参数初始化到结果输出的完整仿真链路，确保了航迹跟踪控制系统的闭环运行。