【摘要】：本文的研究對象是欠驅(qū)動水面船,欠驅(qū)動水面船一般沒有橫向控制裝置,具有船體重量更輕、成本更低的優(yōu)點,是近年來人們的研究熱點。鎮(zhèn)定控制是船舶的基本運動控制之一,欠驅(qū)動船舶的自歸航、自動靠泊等需要在海洋中保持船位和姿態(tài)的控制都屬于鎮(zhèn)定控制的范疇。因此,研究欠驅(qū)動船的鎮(zhèn)定控制方法具有非常重要的理論意義及實用價值。本文主要完成以下工作:首先,建立船舶六自由度模型,對模型進(jìn)行合理簡化得到欠驅(qū)動水面船三自由度模型,并在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行定常直航、回轉(zhuǎn)實驗,證明模型的合理性,并分析欠驅(qū)動水面船的系統(tǒng)特性。然后,設(shè)計簡捷魯棒鎮(zhèn)定控制器。在不考慮干擾的情況下,對原系統(tǒng)進(jìn)行微分同胚變換,然后以李亞普諾夫直接法為基礎(chǔ)設(shè)計簡捷魯棒控制器,此控制器可以將欠驅(qū)動船舶從任意位置鎮(zhèn)定到期望位置。所設(shè)計的簡捷魯棒控制器形式非常簡單,在工程中易于實現(xiàn)。此外,經(jīng)過后續(xù)分析可知此控制器在欠驅(qū)動水面船模型不確定情況中具有很好的魯棒性。其次,在考慮干擾和模型不確定的情況下,結(jié)合反步法與自適應(yīng)模糊方法設(shè)計出一種新型鎮(zhèn)定控制器。先利用全局微分同胚變換,將原系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為兩個具有嚴(yán)格級聯(lián)關(guān)系的子系統(tǒng),分別對兩個子系統(tǒng)進(jìn)行控制器設(shè)計。以模糊系統(tǒng)實現(xiàn)對未知項的逼近,自適應(yīng)律可以根據(jù)被控對象的動態(tài)特性進(jìn)行學(xué)習(xí)實現(xiàn)對控制器參數(shù)的更新,從而具有更好的控制效果。本控制器可以實現(xiàn)位置和姿態(tài)的鎮(zhèn)定。在仿真試驗中與基于自適應(yīng)滑模的鎮(zhèn)定控制器做對比,證明了本控制器暫態(tài)特性更好,更符合實際需求。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP273;U664.82
【圖文】：

2.1 中的坐標(biāo)系E E E EO x y z。它與船體坐標(biāo)系不同，它的參考目標(biāo)是大地，點EO 可以選擇地球表面的任意點。為了方便研究，NED 坐標(biāo)系的原點EO 通上的某一點，坐標(biāo)軸E EO x 和E EO y 從EO 處延伸且與地球表面相切E EO z 指向這三個坐標(biāo)軸的位置滿足右手定則。如圖 2.1 所示坐標(biāo)軸E EO x 、E EO y 、O正北正東和地球球心。船舶航行時的位置以及姿態(tài)常在該坐標(biāo)系下表示。

舶浮心和重心均位于 z 軸上；舶以靜止或者低速狀態(tài)處在理想流體中，那么可以忽略矩陣 M 的非M 是對稱且正定的；沒有橫向推進(jìn)器，所以推力及回轉(zhuǎn)力矩陣 [ ]1 2 3Tτ = τ τ τ中第二個分] 30T τ；略矩陣 M ， D ( v )， C ( v )中的耦合項和高于一階項的水動力。上簡化假設(shè)，得出如圖 2.3 所示的欠驅(qū)動水面船的數(shù)學(xué)模型：w( )( )J vMv C v v Dvη ητ τ = = + +

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本文編號：2737295