船舶的航行补给是指船舶航行过程中,将燃料、食品、零部件或人员从一艘船转移到另一艘船上的一种操作。船舶的航行补给操作可减少船舶进出港次数,为船舶的远程航行提供有利的后勤保障,从而提高船舶的续航能力和作业范围。航行补给中的补给船同步控制是指为了保障航行补给作业的正常进行,设计补给船同步控制律使其能够在被补给船的某一舷外相对固定的位置与之同步航行。在海上航行过程中,由于补给船操纵条件和所处的海洋环境等时常发生改变,补给船动态和环境扰动存在明显的不确定性,并且补给船与被补给船之间需要保持一定的安全距离,其输出受到限制。船舶推进系统由于其物理限制,所提供的控制力和力矩会受到约束。另外,船舶速度通常是不可测的。因此,开展补给船的同步控制研究,设计航行补给中的补给船同步控制律,具有重要的理论意义和实际应用价值。针对航行补给中的补给船鲁棒同步控制问题,本文的主要研究工作如下:首先,考虑补给船存在动态不确定且遭受未知时变环境扰动,在被补给船的某一舷外引入与其航迹距离相对固定的虚拟航迹,构造扰动观测器估计由补给船动态不确定和未知时变环境扰动构成的复合扰动,基于此利用指令滤波反步法设计补给船鲁棒同步控制律,使补给船能够跟踪虚拟航迹,实现补给船与被补给船的同步航行;其次,考虑补给船输出受限且遭受未知时变环境扰动,采用误差转换方法来处理输出受限问题,应用自适应方法设计自适应律估计未知时变环境扰动的界,并利用指令滤波反步法设计补给船自适应鲁棒同步控制律,使补给船能够跟踪虚拟航迹,实现补给船与被补给船的同步航行;又综合考虑补给船速度不可测、输入饱和、动态不确定且遭受未知时变环境扰动,构造高增益观测器来估计不可测的补给船速度,构造辅助设计系统来处理输入饱和的影响,利用自适应径向基函数神经网络逼近补给船动态,分别设计自适应律估计径向基函数神经网络的权值和未知时变环境扰动的界,并利用指令滤波反步法设计补给船输出反馈自适应鲁棒神经网络同步控制律,使补给船能够跟踪虚拟航迹,实现补给船与被补给船的同步航行。以一艘补给船为例,利用MATLAB/Simulink对上述所设计的补给船鲁棒同步控制律进行仿真试验,仿真结果表明所设计的补给船鲁棒同步控制律的有效性。