绳驱波浪运动补偿控制方法及海上试验验证

山东大学（威海）陈原教授团队近期在Information Sciences期刊发表题为Passivity-based variable damped sliding mode control for cable-driven wave motion compensation device under hybrid disturbances的论文，论文被SCI和EI收录。

海上补给与海洋工程任务中，绳驱波浪运动补偿装置面临由强扰动、低阻尼环境带来的多重控制挑战。本文提出一种基于无源性的变阻尼滑模控制方法，实现有限时间收敛、振动抑制与轨迹跟踪的统一设计。NOKOV度量动作捕捉为室内实验提供高精度三维负载位姿数据，作为控制器闭环反馈及性能评估的基准。

与现有的滑模方法相比，本文提出的框架在应对不同载荷质量时具有更强适应性，在噪声和受限环境下表现出更高鲁棒性，同时更契合波动补偿及其他悬挂式CDPR应用的实际需求。
1、本文提出了基于端口-哈密顿的控制框架，同时考虑悬挂缆索结构的加速度约束及执行器饱和问题。
2、设计了新型的协同控制框架，通过滑模输入与阻尼调制的融合，提升防摆动能力及轨迹跟踪性能。
3、提出了双模阻尼饱和策略，利用双曲正切函数在收敛速度与摆动抑制之间实现平衡。
4、设计了有限时间级联观测器，用于抑制传感器噪声并快速重构扰动。

室内实验中，研究团队搭建了1:10缩比的五自由度八绳波浪补偿样机，由六自由度并联平台模拟船舶运动。样机集成了UMAC运动控制器，通过 MATLAB/Simulink与IMU传感器和度量动捕建立通信，确保实时位姿反馈同步。研究还通过海上补给试验，在真实风浪扰动下验证了方法的稳定性与工程可部署性。

结果表明，在相近控制能耗下，本文方法ITAE指标降低约58%–68%；真实海试中，面对5–10 m/s风速扰动，位置与姿态跟踪误差平均降低55%以上。

NOKOV度量动作捕捉为室内实验提供高精度三维负载位姿数据，作为控制器闭环反馈及性能评估的基准。

作者简介

侯宗宾，山东大学低空科学与工程学院硕士生。主要研究方向：绳驱动并联机器人的设计与控制

隋瑞浩，山东大学低空科学与工程学院硕士生。主要研究方向：绳驱动并联机器人的设计与控制

陈原（通讯作者），山东大学机电与信息工程学院副院长、教授。主要研究方向：机器人机构学与运动控制