吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (6): 2164-2174.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20250256

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基于分数阶滑模的海洋震源系统有限时间控制方法

郭浩轩,邢雪峰,龙云,潘志强,孙锋   

  1. 吉林大学仪器科学与电气工程学院,长春130061
  • 出版日期:2025-11-26 发布日期:2025-12-30
  • 通讯作者: 孙锋(1981—),男,教授,博士生导师,主要从事可控震源研究,E-mail: sunfeng@jlu.edu.cn
  • 作者简介:郭浩轩(1989—),男,博士研究生,主要从事可控震源控制方法研究,E-mail: guohx23@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(42574187)

A Finite-Time Control Method for a Marine Vibrator System Using Fractional-Order Sliding Mode

Guo Haoxuan, Xing Xuefeng, Long Yun, Pan Zhiqiang, Sun Feng   

  1. College of Instrumentation & Electrical Engineering, Jilin University, Changchun 130061, China
  • Online:2025-11-26 Published:2025-12-30
  • Supported by:
    Supported by the National Natural Science Foundation of China (42574187)

摘要: 为提升海洋勘探信号质量,本文研究了具有不确定性扰动的海洋可控震源系统的稳定控制问题。首先,针对海洋复杂工作环境引起的外部扰动和内部扰动,设计一种最佳的快速有限时间扩展状态观测器用于观测系统集总扰动,同时该观测器可以估计系统的状态变量;其次,为提高可控震源输出波形的稳定性,设计分数阶有限时间滑模面控制方案,减少位移误差和控制器输出抖振;再次,通过Lyapunov整数阶和分数阶定理证明所设计控制系统是快速有限时间稳定的;最后,仿真验证所设计的快速有限时间扩展状态观测器和分数阶有限时间滑模控制器结合方案的有效性和可行性。结果表明,观测器最大相对误差降低了29.5%,控制器抖振峰-峰值减小了25%。


关键词: 海洋可控震源, 电液系统, 快速有限时间扩展状态观测器, 分数阶滑模控制, 有限时间控制

Abstract:  To improve the quality of marine exploration signals, this paper investigates the stability control problem of a marine vibrator system with uncertain disturbances. Firstly, for the external and internal disturbances caused by the complex working environment in the ocean, an optimal fast finite-time extended state observer (FFTESO) is designed to observe the lumped disturbances of the system. Meanwhile, the observer can estimate the state variables of the system. Secondly, to improve the stability of the vibrator output waveform, a fractional-order finite-time sliding mode surface control scheme is designed to reduce displacement error and output chattering of the controller. Thirdly, the designed control system is proved to be fast finite-time stable via the Lyapunov’s integer and fractional order theorems. Finally, the simulation results verify the effectiveness and feasibility of the proposed control system combining a FFTESO with a fractional order finite time sliding mode control (FOFTSMC). The results show that the maximum relative error of the observer is reduced by 29.5%, and the peak-to-peak chattering value of the controller decreased by 25%.


Key words: marine vibrator system, electro-hydraulic system, fast finite-time extended state observer, fractional-order sliding mode control, finite-time control

中图分类号: 

  • P733.2
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