本文關(guān)鍵詞：基于滑模控制的吊艙式船舶航向控制器設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 滑�？刂� 反步法 自適應(yīng)控制 吊艙式船舶航向控制

【摘要】：吊艙推進(jìn)器系統(tǒng)在船舶電力推進(jìn)的應(yīng)用中廣受關(guān)注。吊艙推進(jìn)器中電動(dòng)機(jī)和螺旋槳直接相連,可實(shí)現(xiàn)水平360°旋轉(zhuǎn),它綜合了舵和槳的功能,提高了船舶的水動(dòng)力特性和可操控性。吊艙推進(jìn)器的出現(xiàn)使船舶電力推進(jìn)取得了突破性的發(fā)展。吊艙式船舶航向控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)吊艙轉(zhuǎn)向角使船舶航向發(fā)生變化或在受到干擾的情況下保持不變,船舶的回轉(zhuǎn)性能和穩(wěn)定性是衡量其操縱性好壞的標(biāo)志。船舶在航行過(guò)程中,航速變化、外界干擾等因素使得其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為具有不確定量的非線性系統(tǒng)。目前船舶航向控制器設(shè)計(jì)大多不考慮舵角的轉(zhuǎn)動(dòng)特性,并采用線性或非線性模型進(jìn)行自動(dòng)舵的設(shè)計(jì)。但是吊艙推進(jìn)器產(chǎn)生的各個(gè)方向力及力矩與吊艙轉(zhuǎn)向角非線性耦合,因此在設(shè)計(jì)船舶航向控制器時(shí),需要考慮并加入吊艙轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)動(dòng)特性以提高系統(tǒng)的性能。本文以工信部高技術(shù)船舶科研子課題“吊艙推進(jìn)系統(tǒng)操控技術(shù)研究”為依托,建立了三自由度吊艙式船舶的分離型模型,分別分析了作用于船體的流體水動(dòng)力及力矩,風(fēng)浪等外界產(chǎn)生的干擾力及力矩,和吊艙產(chǎn)生的推力及力矩,并對(duì)其進(jìn)行了速度和旋回仿真,以驗(yàn)證所建數(shù)學(xué)模型的可行性。對(duì)船舶分離型模型進(jìn)行解耦,保留與航向相關(guān)的主變量并加入吊艙轉(zhuǎn)向角數(shù)學(xué)模型,建立了船舶航向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型,此模型為具有不確定參數(shù)和結(jié)構(gòu)的非線性系統(tǒng)。針對(duì)所建立吊艙式船舶航向運(yùn)動(dòng)的非線性系統(tǒng),本文設(shè)計(jì)了基于反步法的滑模控制器,并詳細(xì)推導(dǎo)了控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程。滑�？刂破髟O(shè)計(jì)為解決有建模不準(zhǔn)確情況下保持穩(wěn)定性提供了系統(tǒng)的方法,進(jìn)一步利用反步法的設(shè)計(jì)思想求取滑模控制器,不需要將系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為正則型,并且每個(gè)虛擬控制律和最終控制律僅與各個(gè)子系統(tǒng)的期望輸出和子系統(tǒng)模型參數(shù)決定。仿真結(jié)果表明,滑模航向控制器對(duì)系統(tǒng)中不確定項(xiàng)具有很強(qiáng)的魯棒性。最后對(duì)于數(shù)學(xué)模型中的不確定參數(shù),采用自適應(yīng)控制進(jìn)行矯正,減小了非線性高階系統(tǒng)中反饋線性化的困難。仿真結(jié)果表明該自適應(yīng)滑�？刂破鳒p小了系統(tǒng)的抖振并且具有較強(qiáng)的魯棒性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U664.82

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