Chinese Journal of Ship Research, Volume. 18, Issue 1, 13(2023)
Survey of ship platoon cooperative control
Figures & Tables(21)
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Table 1. Analysis of spacing modeling method for ship platoon
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建模方法 建模原理 优 点 缺 点 机理建模 分析船舶的制动特性以及环境因素，根据牛顿定律构建安全间距模型 可解释性较高，具有较强的适应性 复杂度较高，参数难以获取 经验建模 基于跟驰经验模型，结合最优化理论或历史数据，构建优化间距模型 灵活、易实现，复杂度较低 机理性较差，较难进行可靠性分析
Table 2. Ship motion modeling
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建模方法 建模原理 优 点 缺 点 机理建模 分析船舶运动过程中物理或者化学变化规律，构建输入与输出间的关系模型 可解释性较高，具有较高的通用性 复杂度较高，参数难以获取 经验建模 依靠大量的船舶航行训练数据优化模型结构 灵活、易实现，复杂度较低 对数据集需求大，易受噪声影响 船模试验建模 通过约束船模试验和自航船模试验，直接得到船舶操纵性模型 精确度较高 工作量大、成本高、对设备要求高、通用性较差 数值模拟建模 利用CFD等方法进行约束船模和自航船模的模拟试验，得到船舶操纵性 成本低且效率高 对计算机性能要求较高，计算时间较长
Table 3. Analysis of ship motion control algorithms
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方法 优 点 缺 点 PID 设计简单，不依赖于模型，具有普适性 对非线性系统自适应能力差，抗干扰能力弱 滑模控制 响应性好，对外界扰动和模型参数变化不灵敏 抖振问题难以消除 反步法 能保证系统全局渐近稳定 存在计算量激增问题以及李雅普诺夫函数设计困难问题 智能控制 能处理复杂的非线性、干扰、不确定性、时变等控制问题 难以定义控制目标以及从理论上分析控制鲁棒性和稳定性 鲁棒控制 控制系统稳定性与可靠性较好 控制系统的稳态精度较差，控制器的阶数偏高 模糊控制 能充分发挥专家经验在控制中的作用，通过控制规则描述系统变量的关系，处理非线性、时变问题 控制目标定义不明确 自抗扰控制 不依赖系统模型，通过设置过渡过程能有效解决超调与快速性之间的矛盾 对控制器参数敏感，且不太适用于解决多输入多输出控制问题 反馈线性化 简化控制，可以利用线性控制理论解决非线性系统控制 对模型精度要求高，控制律设计复杂 有限时间控制 能从理论上保证系统控制的快速收敛性 难以构造李雅普诺夫函数 最优控制 可以处理约束问题，目标函数中可以明确控制目标 对模型精度要求高，求解复杂 模型预测控制 控制平滑，处理多约束的非线性最优化问题极具优势 非线性优化问题求解速率较慢，有时难以满足实时性需求
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Xiumin CHU, Wenxiang WU, Chenguang LIU, Chaofan LEI, Zhibo HE, Songlong LI. Survey of ship platoon cooperative control[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(1): 13
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Received: May. 20, 2022
Accepted: --
Published Online: Mar. 18, 2025
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