本文選題：不確定非線性系統(tǒng) + 魯棒控制　； 參考：《大連海事大學》2015年博士論文

【摘要】：隨著造船技術的長足進步和世界航運業(yè)的蓬勃發(fā)展,船舶趨向于專業(yè)化、大型化、自動化及高速化,對船舶操縱、控制性能的要求越來越高,對船舶運動控制地研究也就顯得越來越重要。其中,船舶航向保持控制研究成為船舶運動控制領域的一個重要研究方向。船舶在海上航行過程中,由于裝載狀態(tài)、航速等變化的影響和風、浪、流等外界因素的干擾,使船舶航向保持控制系統(tǒng)具有非線性、不確定性等特點。因此,對其控制性能的進一步研究具有重要的實際意義。本文基于Lyapunov穩(wěn)定性理論、Barbalat引理、Nussbaum不變性引理和Backstepping技術,針對一類不確定嚴反饋非線性系統(tǒng),提出了新的控制算法,解決了閉環(huán)系統(tǒng)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)控制性能無法預先指定的問題。所提出的控制算法具有魯棒性強、物理意義明顯的特點。針對系統(tǒng)中存在的漂移不確定問題,定義一種新型的Lyapunov分段連續(xù)可微函數(shù),設計了一種魯棒λ調(diào)節(jié)控制算法,最終實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差收斂到預先指定的區(qū)域內(nèi)。針對系統(tǒng)中存在的符號已知時變控制增益不確定問題,提出了一種更普遍、更有效的魯棒λ調(diào)節(jié)控制算法,能夠同時處理漂移不確定和控制增益不確定問題,使所有信號滿足一致最終有界且跟蹤誤差最終收斂于預先指定的區(qū)域內(nèi)。針對系統(tǒng)中存在的符號未知控制增益不確定問題,構建一種新的Nussbaum穩(wěn)定性引理,提出一種能夠有效處理時變控制增益不確定的魯棒λ調(diào)節(jié)控制算法,能夠同時處理漂移不確定和控制增益不確定問題,使所有信號滿足一致最終有界且跟蹤誤差最終收斂于預先指定的區(qū)域內(nèi)。針對閉環(huán)系統(tǒng)的暫態(tài)／穩(wěn)態(tài)控制性能問題,通過引入性能函數(shù)將考慮暫態(tài)/穩(wěn)態(tài)控制性能的約束系統(tǒng)轉換為無約束的一類嚴反饋非線性系統(tǒng),設計了一種同時考慮暫態(tài)／穩(wěn)態(tài)控制性能的控制算法。該算法不僅能夠保證閉環(huán)系統(tǒng)輸出誤差最終收斂于一個預先指定的區(qū)域內(nèi),而且還可以保證系統(tǒng)滿足預先指定的暫態(tài)性能。最后將研究結果應用于船舶航向保持控制系統(tǒng),設計實際控制器。利用Matlab進行仿真實驗,實驗結果驗證了所有控制算法的有效性。本文的研究結論具有較強的理論意義和較高的實用價值,有助于提高船舶操控性能、保障航行安全、節(jié)省人力和能源消耗,為數(shù)字航海、智能航海打下堅實的基礎。
[Abstract]:With the rapid progress of shipbuilding technology and the vigorous development of the world shipping industry, ships tend to be specialized, large-scale, automated and high-speed. The study of ship motion control is becoming more and more important. Among them, the research of ship course maintenance control has become an important research direction in the field of ship motion control. During the course of marine navigation, the ship's course keeping control system is nonlinear and uncertain due to the influence of loading state, speed and other external factors, such as wind, wave, current and so on. Therefore, the further study of its control performance has important practical significance. Based on Lyapunov stability theory, Barbalat Lemma Nussbaum invariant Lemma and backstepping technique, a new control algorithm is proposed for a class of uncertain strict feedback nonlinear systems, which solves the problem that the transient and steady-state control performance of closed-loop systems cannot be predefined. The proposed control algorithm has the characteristics of strong robustness and obvious physical significance. A new Lyapunov piecewise continuous differentiable function is defined to solve the drift uncertainty problem in the system. A robust 位 regulation control algorithm is designed. Finally, the steady-state error of the system converges to a predefined region. In order to solve the problem of uncertain gain of time-varying control with known symbols, a more general and effective robust 位 regulation control algorithm is proposed, which can deal with both drift uncertainty and control gain uncertainty at the same time. All the signals are uniformly bounded and the tracking error converges to a predefined region. A new Nussbaum stability Lemma is proposed to solve the problem of uncertain gain of symbolic unknown control. A robust 位 regulation control algorithm is proposed, which can effectively deal with the uncertain gain of time-varying control. It can deal with the uncertainty of drift and the uncertainty of control gain at the same time, so that all the signals are uniformly bounded and the tracking error converges to a predefined region. To solve the problem of transient / steady state control performance of closed loop systems, the constrained systems with transient / steady control performance are transformed into a class of strict feedback nonlinear systems without constraints by introducing a performance function. A control algorithm considering transient / steady state control performance is designed. The proposed algorithm can not only ensure that the output error of the closed-loop system converges to a predefined region, but also ensures that the system satisfies the pre-specified transient performance. Finally, the research results are applied to the ship course maintenance control system and the actual controller is designed. The simulation results of Matlab show that all the control algorithms are effective. The conclusion of this paper has strong theoretical significance and high practical value, which is helpful to improve ship handling performance, ensure navigation safety, save manpower and energy consumption, and lay a solid foundation for digital navigation and intelligent navigation.
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U664.82

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本文編號：2072294