發(fā)布時(shí)間：2020-10-27 06:50

　　 船舶在海上航行過(guò)程中,受到外部環(huán)境風(fēng)、浪、流等干擾的影響,導(dǎo)致船舶航向控制系統(tǒng)中存在明顯的不確定性。同時(shí),船舶運(yùn)動(dòng)具有非線性的特點(diǎn)。因此,研究魯棒自適應(yīng)性能好的非線性船舶航向控制器成為研究熱點(diǎn)。本文把海面上運(yùn)動(dòng)的船舶當(dāng)作研究對(duì)象,采用Backstepping控制算法,對(duì)船舶航向控制進(jìn)行了研究,主要完成了以下工作:1.考慮到海況復(fù)雜多變,探討了環(huán)境擾動(dòng)力(風(fēng)、浪、流)的數(shù)學(xué)模型。從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度,對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性、船舶水動(dòng)力特性進(jìn)行探討分析,建立了船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。2.針對(duì)帶有參數(shù)不確定的船舶航向非線性控制系統(tǒng),基于反步法的設(shè)計(jì)理論,結(jié)合自適應(yīng)控制算法,設(shè)計(jì)了船舶航向控制器。3.同時(shí)考慮到系統(tǒng)中存在的飽和現(xiàn)象,并且考慮到非線性船舶航向控制中的船舶參數(shù)和擾動(dòng)的不確定性,采用了一種基于輔助系統(tǒng)的算法,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的航向保持控制器。4.在以上的基礎(chǔ)上,同時(shí)考慮干擾和系統(tǒng)的輸入飽和現(xiàn)象的存在,將非線性干擾觀測(cè)器(NDO)和自適應(yīng)控制算法相結(jié)合,設(shè)計(jì)的控制器可以不依賴系統(tǒng)模型,直接構(gòu)建干擾觀測(cè)器,魯棒性更強(qiáng)。本文討論的算法都能保證系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性,并且后兩項(xiàng)工作考慮到系統(tǒng)的輸入飽和現(xiàn)象,進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)用性,控制效果良好。Matlab仿真驗(yàn)證了算法的有效性。
【學(xué)位單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U664.82
【部分圖文】：

Ｆｉｇ．?３．３?Ｓｈｉｐ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ａｎｇｌｅｄ?ｃｈａｎｇｅ?ｃｕｒｖｅ??圖３．２和圖３．３可以看出來(lái)，航向角ｖ能很好的跟蹤設(shè)定航向，即航向；超調(diào)量為〇，調(diào)節(jié)時(shí)間為８０ｓ，動(dòng)態(tài)性能良好；船舶航向在大約８０ｓ之控制結(jié)果令人滿意。但是可以看到舵角的變化超出了控制器的控制范圍以加上一個(gè)參考濾波器來(lái)對(duì)參考信號(hào)進(jìn)項(xiàng)預(yù)濾波處理。如２．５．３節(jié)。??航向控制器設(shè)計(jì)中，期望參考航向％是光滑的，但是對(duì)于實(shí)際的參考信不可能的，選取二階參考模型，就可以解決這一問(wèn)題。讓參考信號(hào)％通階參考模型，得到的仏就是光滑的模型參考信號(hào)。??取的參考模型如２．５．３節(jié)，為：??－＝－￣￣－——Ｆ?（３．￥ｒ?ｓ?＋２＾〇）ｎ＋〇）ｎ??擇合適的ｆ和％就能使期望信號(hào)仏達(dá)到能令人滿意的跟蹤效果。參考模

Ｆｉｇ．?３．５?Ｓｈｉｐ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｒｕｄｄｅｒ＾?ｃｈａｎｇｅ?ｃｕｒｖｅ??我們可以看出，考慮到擾動(dòng)以后，控制舵角出現(xiàn)抖動(dòng)，但是抖動(dòng)較范圍之內(nèi)。加入?yún)⒖紴V波器之后，航向角基本沒(méi)有變化，依然能很航向，即航向跟蹤有效�？刂贫娼堑玫搅嗣黠@的改善，舵角變化幅在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，打舵合理。這說(shuō)明了選取的參考濾波器可數(shù)。此時(shí)，設(shè)計(jì)的控制器能使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，控制效果指標(biāo)。??舶航向自適應(yīng)Ｂａｃｋｓｔｅｐｐ?ｉ?ｎｇ控制器研究??適應(yīng)Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ的設(shè)計(jì)原理??統(tǒng)參數(shù)不確定時(shí)，可采用自適應(yīng)Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ的方法來(lái)進(jìn)行參數(shù)估－２４－??

Ｆｉｇ．?３．５?Ｓｈｉｐ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｒｕｄｄｅｒ＾?ｃｈａｎｇｅ?ｃｕｒｖｅ??我們可以看出，考慮到擾動(dòng)以后，控制舵角出現(xiàn)抖動(dòng)，但是抖動(dòng)較范圍之內(nèi)。加入?yún)⒖紴V波器之后，航向角基本沒(méi)有變化，依然能很航向，即航向跟蹤有效�？刂贫娼堑玫搅嗣黠@的改善，舵角變化幅在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，打舵合理。這說(shuō)明了選取的參考濾波器可數(shù)。此時(shí)，設(shè)計(jì)的控制器能使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，控制效果指標(biāo)。??舶航向自適應(yīng)Ｂａｃｋｓｔｅｐｐ?ｉ?ｎｇ控制器研究??適應(yīng)Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ的設(shè)計(jì)原理??統(tǒng)參數(shù)不確定時(shí)，可采用自適應(yīng)Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ的方法來(lái)進(jìn)行參數(shù)估－２４－??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2858208