本文關(guān)鍵詞：航天測量船路徑跟蹤的預(yù)測控制與仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：航天測量船是活動的海上測控站，在浩瀚的大洋上對航天器進(jìn)行跟蹤、測量和控制。測量船海上測控，就任務(wù)本身來講與陸上測控站的工作基本相同，但海上測控有其特殊性，它是在位置變動、海水流動、船體震動、天線晃動的條件下捕獲跟蹤目標(biāo)的。在大海中航行的航天測量船，由于受到風(fēng)浪流的影響會產(chǎn)生6個自由度的搖蕩、搖擺和振蕩運動。安裝在航天測量船上的無線電測控通信設(shè)備的基座也會隨之搖擺，特別是航向的變化會使天線波束偏離目標(biāo)，輕則影響跟蹤精度，重則造成跟蹤丟失。為了避免測控通信設(shè)備天線遮擋，測量船需要保持一定的航向，跟蹤設(shè)計的航線航行，即測量船要在保持航向的控制要求下，跟蹤并最終能穩(wěn)定于預(yù)設(shè)的參考路徑上。測量船路徑跟蹤系統(tǒng)帶有非線性、強(qiáng)約束性、容易受到被控對象參數(shù)的變化以及風(fēng)浪流等外界的干擾影響的特點，是一種比較典型的非線性控制系統(tǒng)，對該類控制系統(tǒng)進(jìn)行研究有助于探索一般的非線性系統(tǒng)相關(guān)的控制問題，不但具有非常重要的學(xué)術(shù)方面的研究價值，而且為做好海上測控中的航海保障工作和新一代航天測量船的設(shè)計提供理論支持。本文針對航天測量船的特性，探討了預(yù)測控制策略在測量船路徑的跟蹤控制方面的應(yīng)用，也進(jìn)行了控制器的設(shè)計與半實物仿真實驗。 首先，建立了船舶路徑跟蹤控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。建模是進(jìn)行控制器設(shè)計的基礎(chǔ)工作，在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，掌握了船舶運動方程和操縱特性，建立了兩種測控任務(wù)模式下的船舶路徑跟蹤控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并基于dSPACE半實物實時仿真平臺的軟硬件進(jìn)行了介紹，為后續(xù)的設(shè)計控制器和進(jìn)行仿真實驗打下了基礎(chǔ)。 針對船舶路徑跟蹤的非線性模型，研究了非線性模型線性化方法。針對測量船單弧段測控任務(wù)模式下的航行設(shè)計了基于狀態(tài)空間模型的預(yù)測控制器，，并在SIMULINK平臺上設(shè)計了數(shù)值仿真，實驗結(jié)果驗證了預(yù)測控制策略在測量船單弧段測控模式下路徑跟蹤控制中的可行性。隨后通過dSPACE半實物仿真平臺對外界干擾下的路徑跟蹤控制進(jìn)行了實時仿真。 針對航天測量船短弧段多圈次測控任務(wù)模式下的保航向航行，研究了兩種多模型預(yù)測控制器設(shè)計方法。一是對基于橫移位移切換的多模型控制策略進(jìn)行探討，通過對參考軌跡的改善保證了在保航向要求下的迅速穩(wěn)定跟蹤。再就是對基于橫移位移切換的改進(jìn)多模型預(yù)測控制方法進(jìn)行了探討，通過對參考軌跡及切換準(zhǔn)則的改進(jìn)，保證測量船在橫移位移發(fā)生大范圍變化時，仍然能夠在保航向的要求下更加快速的實現(xiàn)平穩(wěn)跟蹤，并且改善了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。仿真結(jié)果表明所設(shè)計的多模型預(yù)測控制器能夠?qū)崿F(xiàn)短弧段多圈次測控任務(wù)模式下的保航向航行路徑跟蹤控制。
【關(guān)鍵詞】：航天測量船 路徑跟蹤 預(yù)測控制 多模型切換 dSPACE仿真
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：U675.7;U674.82
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 背景和意義9-12
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意義10-12
• 1.2 航天測量船的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 船舶路徑跟蹤控制方法綜述13-15
• 1.4 主要研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)15-17
• 第二章 船舶路徑跟蹤控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及其分析17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 船舶運動數(shù)學(xué)模型17-22
• 2.2.1 基本坐標(biāo)系17-19
• 2.2.2 船舶操縱運動方程的建立19-21
• 2.2.3 舵機(jī)特性計算模型21-22
• 2.3 船舶路徑跟蹤系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型22-27
• 2.3.1 船舶路徑跟蹤系統(tǒng)狀態(tài)方程22
• 2.3.2 單弧段測控任務(wù)下的船舶路徑跟蹤控制系統(tǒng)模型22-25
• 2.3.3 短弧段多圈次測控任務(wù)下的路徑跟蹤控制系統(tǒng)模型25-27
• 2.4 dSPACE 半實物仿真27-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 單弧段測控任務(wù)下的船舶路徑跟蹤預(yù)測控制31-55
• 3.1 引言31
• 3.2 船舶路徑跟蹤系統(tǒng)線性化模型31-36
• 3.2.1 線性化方法32-33
• 3.2.2 船舶路徑跟蹤模型的線性化33-36
• 3.3 單弧段任務(wù)下的船舶直線路徑跟蹤預(yù)測控制器設(shè)計36-43
• 3.3.1 預(yù)測控制37-38
• 3.3.2 基于狀態(tài)空間模型的預(yù)測控制器設(shè)計38-43
• 3.4 單弧段測控任務(wù)下的船舶直線路徑跟蹤的預(yù)測控制仿真43-48
• 3.5 外界干擾下的船舶直線路徑跟蹤的預(yù)測控制 dSPACE 仿真48-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第四章 短弧段多圈次任務(wù)下的船舶路徑跟蹤多模型預(yù)測控制55-72
• 4.1 引言55-56
• 4.2 多模型預(yù)測控制56-57
• 4.3 基于橫移位移的多模型切換預(yù)測控制57-63
• 4.3.1 切換參考軌跡及多模型控制器切換準(zhǔn)則58-59
• 4.3.2 基于橫移位移切換的多模型預(yù)測控制仿真59-63
• 4.4 基于橫移位移切換的改進(jìn)多模型預(yù)測控制63-68
• 4.4.1 改進(jìn)的多模型參考軌跡及控制器切換準(zhǔn)則63-65
• 4.4.2 基于橫移位移切換的改進(jìn)多模型預(yù)測控制仿真65-68
• 4.5 含有航向跟蹤的改進(jìn)多模型預(yù)測控制仿真68-71
• 4.6 本章小結(jié)71-72
• 第五章 全文總結(jié)與展望72-75
• 5.1 本文的主要工作和貢獻(xiàn)72-73
• 5.2 未來展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文80-82

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本文編號：302969