本文關(guān)鍵詞：船舶航向自抗擾控制的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于線性自抗擾控制器(LADRC;能夠?qū)崟r(shí)估計(jì)并及時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)內(nèi)部和外部誤差的總和,具有不基于特別精確的系統(tǒng)模型、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),所以本文采用了LADRC對船舶航向進(jìn)行控制。 本文首先討論自動(dòng)舵控制船舶航向的基本原理,綜述了船舶航向控制方法的歷史演變和自抗擾技術(shù)研究和發(fā)展的現(xiàn)狀,然后以9572TEU的XIN SHANGHAI號和5446TEU的SHANG HAI號集裝箱船的實(shí)船數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立MMG船舶模型,并設(shè)計(jì)了外界航行環(huán)境干擾(主要是風(fēng)、流)的模型。再分別對兩艘船舶模型進(jìn)行旋回仿真和Z形操縱試驗(yàn)仿真,驗(yàn)證船舶模型的合理性和準(zhǔn)確性,為本文后續(xù)的仿真計(jì)算做好充分準(zhǔn)備。 其次,討論了自抗擾控制器的原理及組成結(jié)構(gòu),著重突出了其抗外界干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。由于普通自抗擾控制器本身存在一些局限,本文引入了線性自抗擾控制器,來克服普通自抗擾控制器調(diào)節(jié)參數(shù)過程繁瑣耗時(shí)的缺點(diǎn),并對其基本結(jié)構(gòu)、基本算法以及控制器各組成部分的特點(diǎn)進(jìn)行說明。 最后,設(shè)計(jì)了一種優(yōu)化的變參數(shù)PID航向控制器和線性自抗擾航向控制器,在不同的航行環(huán)境下進(jìn)行仿真,對船舶航向進(jìn)行控制,然后對比控制效果和控制精度,得到結(jié)論：線性自抗擾控制器對命令的響應(yīng)速度相對較快,仿真曲線平滑無超調(diào)且控制效果好、控制精度比較高,對受控對象的未建模動(dòng)態(tài)和不確定干擾因素有良好適應(yīng)性、魯棒性。最后在控制器參數(shù)不變的情況下,將船舶模型換成SHANG HAI號集裝箱船,并在不同海況下進(jìn)行仿真,驗(yàn)證LADRC的魯棒性和適應(yīng)性。 本文主要完成的工作有：根據(jù)XIN SHANG HAI號集裝箱船的實(shí)船數(shù)據(jù)建立船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)船舶航向控制原理設(shè)計(jì)了線性自抗擾航向控制器,對線性自抗擾航向控制器在選擇不同參數(shù)的情況下的仿真特性進(jìn)行詳盡地分析,通過仿真結(jié)果驗(yàn)證本文采用線性自抗擾控制技術(shù)的航向控制器的有效性和魯棒性。
【關(guān)鍵詞】：船舶航向控制 船舶運(yùn)動(dòng)模型 線性自抗擾控制 仿真
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U675;U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目錄7-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 引言9-11
• 1.2 課題的研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 航向控制系統(tǒng)簡介11
• 1.2.2 船舶航向控制器綜述11-13
• 1.2.3 自抗擾控制的研究及發(fā)展13-15
• 1.3 課題研究內(nèi)容15-17
• 第2章 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型17-40
• 2.1 引言17
• 2.2 船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的的研究意義17-18
• 2.3 船舶運(yùn)動(dòng)MMG數(shù)學(xué)模型18-21
• 2.3.1 船舶操縱運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系18-19
• 2.3.2 船舶平面運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立19-21
• 2.4 作用于船體的流體動(dòng)力和力矩21-25
• 2.4.1 慣性流體動(dòng)力和力矩的計(jì)算21-22
• 2.4.2 粘性流體動(dòng)力和力矩的計(jì)算22-25
• 2.5 作用于螺旋槳的流體動(dòng)力和力矩25-27
• 2.6 作用于舵的流體動(dòng)力和力矩27-31
• 2.7 作用于船體的干擾力和力矩31-33
• 2.7.1 風(fēng)的干擾力的數(shù)學(xué)模型31-32
• 2.7.2 流的干擾力的數(shù)學(xué)模型32-33
• 2.8 船舶操縱性能試驗(yàn)計(jì)算33-39
• 2.8.1 旋回試驗(yàn)計(jì)算36-37
• 2.8.2 Z形操縱試驗(yàn)計(jì)算37-39
• 2.9 本章小結(jié)39-40
• 第3章 自抗擾控制的研究40-49
• 3.1 引言40-41
• 3.2 自抗擾控制的基本算法41-45
• 3.2.1 跟蹤-微分器(TD)42-43
• 3.2.2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(ESO)43-44
• 3.2.3 非線性誤差狀態(tài)反饋(NLESS)44-45
• 3.3 線性自抗擾控制器的設(shè)計(jì)45-48
• 3.3.1 二階線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(LESO)46-47
• 3.3.2 線性誤差狀態(tài)反饋(LESS)47-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第4章 船舶航向自動(dòng)控制及其仿真研究49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 一種變參數(shù)PID控制器49-50
• 4.3 變參數(shù)PID的結(jié)構(gòu)50-51
• 4.4 基于線性自抗擾的控制器51-52
• 4.5 XIN SHANG HAI號集裝箱船仿真結(jié)果及分析52-59
• 4.5.1 理想環(huán)境航向控制仿真55-57
• 4.5.2 在外界航行環(huán)境干擾較小的條件下的仿真57-58
• 4.5.3 在較大外界航行環(huán)境干擾條件下的仿真58-59
• 4.6 SHANG HAI號集裝箱船仿真結(jié)果及分析59-60
• 4.7 本章小結(jié)60-61
• 第5章 結(jié)論與展望61-63
• 5.1 結(jié)論61-62
• 5.2 展望與不足62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 致謝67-68
• 作者簡介68

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：船舶航向自抗擾控制的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：284691