本文關(guān)鍵詞：基于非線性Backstepping的船舶航向控制器設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 本文對反向遞推(Backstepping)設(shè)計方法及魯棒自適應(yīng)反向遞推設(shè)計方法在非線性船舶航向控制器中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。Backstepping設(shè)計方法是近幾年興起的一種基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的比較先進(jìn)的非線性控制方法。因此，本文首先對目前常見的非線性控制方法進(jìn)行了概述，簡單的介紹了Lyapunov穩(wěn)定性理論及Backstepping算法設(shè)計原理，進(jìn)而對Backstepping設(shè)計方法與精確反饋線性化方法進(jìn)行了比較研究，總結(jié)出Backstepping方法的優(yōu)點及局限；然后本文根據(jù)目前船舶航向控制中普遍存在的兩個問題：船舶操縱運(yùn)動的非線性及船舶響應(yīng)模型存在不確定性進(jìn)行了討論，分別應(yīng)用Backstepping方法及自適應(yīng)Backstepping方法設(shè)計了靜態(tài)的和動態(tài)的船舶航向控制器，使系統(tǒng)在平衡點全局漸近穩(wěn)定，并取得了很好的控制跟蹤效果。 本文對Backstepping設(shè)計方法與精確反饋線性化方法進(jìn)行了系統(tǒng)的比較研究，通過系統(tǒng)仿真得出Backstepping設(shè)計方法克服了精確反饋線性化方法需要精確的數(shù)學(xué)模型的缺點，同時Backstepping不全消非線性項，從而減少了控制器的能量消耗。仿真結(jié)果令人滿意。 在船舶航向控制方面，考慮船舶的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)非線性，應(yīng)用Backstepping方法設(shè)計：首先把系統(tǒng)化成單入單出的嚴(yán)格反饋控制形式(呈下三角結(jié)構(gòu))，，假設(shè)系統(tǒng)后一個狀態(tài)變量是前一個狀態(tài)變量的虛擬控制，通過適當(dāng)?shù)淖兞看鷵Q，在每一步構(gòu)造李亞普諾夫函數(shù)，使前一子系統(tǒng)在虛擬控制下漸近穩(wěn)定，逐步遞推出控制器控制規(guī)律，使整個系統(tǒng)在平衡點滿足一致漸近穩(wěn)定性。在存在舵機(jī)非線性和海浪干擾的情況下，分別跟蹤階躍響應(yīng)及正弦曲線，航向跟蹤效果很好，幾乎無偏差跟蹤，且打舵小，具有較強(qiáng)的魯棒性。 由于船舶非線性響應(yīng)模型中含有未知常參數(shù)的不確定項，因此采用自適應(yīng)Backstepping的方法，選擇參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)律，設(shè)計動態(tài)的船舶航向控制器，實現(xiàn)在線控制。通過調(diào)節(jié)控制器的參數(shù)，保證閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)、控制信號全局有界。
【關(guān)鍵詞】：船舶航向控制 Backstepping反向遞推方法 自適應(yīng)控制 非線性 魯棒性 李亞普諾夫函數(shù)
【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】：2003
【分類號】：U666
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 引言7-12
• 1.1 非線性控制方法概述7-10
• 1.1.1 非線性控制方法7-9
• 1.1.2 Backstepping發(fā)展歷史9-10
• 1.2 研究課題的提出10-11
• 1.3 論文的結(jié)構(gòu)11-12
• 第2章 Lyapunov穩(wěn)定性理論12-15
• 2.1 Lyapunov穩(wěn)定性12-13
• 2.1.1 平衡狀態(tài)12
• 2.1.2 Lyapunov穩(wěn)定性12-13
• 2.2 Lyapunov直接法(第二法)13-15
• 2.2.1 Lyapunov函數(shù)13
• 2.2.2 Lyapunov直接法13-15
• 第3章 Backstepping反向遞推設(shè)計方法15-29
• 3.1 積分器Backstepping15-20
• 3.2 非線性Backstepping20-22
• 3.2.1 Lie導(dǎo)數(shù)20-21
• 3.2.2 嚴(yán)格反饋控制形式21-22
• 3.3 自適應(yīng)Backstepping22-24
• 3.4 Backstepping與精確反饋線性化的對比研究24-29
• 3.4.1 精確反饋線性化24-25
• 3.4.2 Backstepping方法25
• 3.4.3 對比性研究25-27
• 3.4.4 結(jié)論27-29
• 第4章 非線性船舶操縱運(yùn)動數(shù)學(xué)模型29-33
• 4.1 船舶平面運(yùn)動坐標(biāo)系29
• 4.2 船舶操縱特性29-30
• 4.3 非線性船舶操縱運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型30-31
• 4.4 舵機(jī)的數(shù)學(xué)模型31-32
• 4.5 環(huán)境擾動的數(shù)學(xué)模型32-33
• 第5章 船舶航向控制器設(shè)計33-49
• 5.1 船舶航向控制的性能指標(biāo)33-34
• 5.1.1 航向保持問題的控制性能指標(biāo)33
• 5.1.2 航向改變問題的控制性能指標(biāo)33-34
• 5.2 濾波34-35
• 5.3 非線性船舶自動舵Backstepping設(shè)計35-44
• 5.3.1 控制器設(shè)計35-38
• 5.3.2 穩(wěn)定性分析38
• 5.3.3 仿真38-42
• 5.3.4 仿真中(?)_d如何選取的討論42-43
• 5.3.5 結(jié)論43-44
• 5.4 含有不確定項的魯棒自適應(yīng)Backstepping船舶自動舵設(shè)計44-49
• 5.4.1 含有未知常參數(shù)的船舶操縱運(yùn)動模型44-45
• 5.4.2 自適應(yīng)Backstepping控制器設(shè)計45-47
• 5.4.3 仿真結(jié)果47-48
• 5.4.4 結(jié)論(穩(wěn)定性和魯棒性分析)48-49
• 第6章 結(jié)論49-50
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表的論文與獎勵50-51
• 致謝51-52
• 參考文獻(xiàn)52-54

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 方一鳴;任少沖;王志杰;焦曉紅;;永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速自適應(yīng)模糊Backstepping控制[J];電機(jī)與控制學(xué)報;2011年06期

2 ;[J];;年期

3 ;[J];;年期

4 ;[J];;年期

5 ;[J];;年期

6 ;[J];;年期

7 ;[J];;年期

8 ;[J];;年期

9 ;[J];;年期

10 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 KUMAR K.D.;;Model-based Coordination Control of Networked Spacecraft Formations by Integrator Backstepping[A];中國自動化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會B卷[C];2011年

2 ;Integrated Guidance and Control Based on Backstepping and Input-to-State Stability[A];中國自動化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會D卷[C];2011年

3 ;Observer-Based Control for Stochastic Jump Systems via Backstepping Method[A];中國自動化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會B卷[C];2011年

4 ;Backstepping-based Nonlinear Adaptive Control for Boiler-turbine Units[A];Proceedings of 2010 Chinese Control and Decision Conference[C];2010年

5 魏樂;房方;;基于Backstepping方法的鍋爐-汽輪機(jī)單元協(xié)調(diào)控制[A];第二十七屆中國控制會議論文集[C];2008年

6 ;Backstepping Design of Uncertain Nonlinear Systems Based on Adaptive Fuzzy Approximation[A];Proceedings of 2010 Chinese Control and Decision Conference[C];2010年

7 ;Backstepping Based Fuzzy Control for Delayed Nonlinear Systems[A];中國自動化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會B卷[C];2011年

8 韓永成;方一鳴;趙琳琳;;控制量具有不確定系數(shù)的非線性系統(tǒng)自適應(yīng)Backstepping控制器設(shè)計[A];第二十七屆中國控制會議論文集[C];2008年

9 ;The Study of Application Scope for Backstepping Technique[A];第二十九屆中國控制會議論文集[C];2010年

10 ;Backstepping Control of Unknown Nonlinear Systems against Actuator Faults Using Nonlinearly Parameterized Fuzzy Approximators[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference（CCDC）[C];2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李靖;幾類非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)Backstepping神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[D];西安電子科技大學(xué);2009年

2 關(guān)巍;基于Backstepping的船舶運(yùn)動非線性自適應(yīng)魯棒控制[D];大連海事大學(xué);2010年

3 張正強(qiáng);不確定非線性系統(tǒng)的Backstepping控制[D];南京理工大學(xué);2011年

4 王家軍;非完整控制系統(tǒng)的非線性控制策略研究[D];天津大學(xué);2003年

5 張海鵬;魯棒滑模反步控制法及其在減搖鰭中的應(yīng)用[D];哈爾濱工程大學(xué);2004年

6 王新屏;舵鰭聯(lián)合系統(tǒng)的簡捷非線性魯棒控制[D];大連海事大學(xué);2009年

7 郭宏志;汽油發(fā)動機(jī)怠速工況下控制方法的研究[D];吉林大學(xué);2009年

8 高炳釗;汽車動力傳動系的若干非線性估計與控制研究[D];吉林大學(xué);2009年

9 馬建軍;過驅(qū)動系統(tǒng)控制分配理論及其應(yīng)用[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

10 張典范;染色體切割裝備宏動平臺動力學(xué)特性及其控制研究[D];燕山大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姜曉紅;基于非線性Backstepping的船舶航向控制器設(shè)計[D];大連海事大學(xué);2003年

2 張蕊;考慮時滯的靜止無功補(bǔ)償器backstepping控制設(shè)計[D];遼寧工業(yè)大學(xué);2012年

3 張展;三角結(jié)構(gòu)NARMAX模型的Backstepping控制[D];河北科技大學(xué);2011年

4 張曉霞;基于Backstepping的幾類機(jī)器人控制研究[D];燕山大學(xué);2012年

5 任長娥;基于高增益觀測器非線性系統(tǒng)的模糊自適應(yīng)Backstepping輸出反饋控制[D];遼寧工業(yè)大學(xué);2011年

6 李靖;離散非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)Backstepping控制[D];西安電子科技大學(xué);2004年

7 李金萬;基于Backstepping方法的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在倒立擺系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2011年

8 任偉;基于后推法的不確定非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[D];曲阜師范大學(xué);2010年

9 李曉芳;動態(tài)投入產(chǎn)出分析及其應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2004年

10 何宴輝;幾類混沌系統(tǒng)的控制與應(yīng)用研究[D];燕山大學(xué);2003年

  本文關(guān)鍵詞：基于非線性Backstepping的船舶航向控制器設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：362513