本文關(guān)鍵詞：欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的鎮(zhèn)定控制研究

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【摘要】：如今在控制科學(xué)領(lǐng)域各國(guó)研究學(xué)者們主要關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)用較少的控制輸入達(dá)到對(duì)多自由度被控對(duì)象的控制,這類問(wèn)題是一類欠驅(qū)動(dòng)控制問(wèn)題。欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)指控制輸入數(shù)目比系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)變量或自由度數(shù)目少的系統(tǒng)。對(duì)欠驅(qū)動(dòng)船舶的研究意義在于不僅能降低系統(tǒng)費(fèi),而且控制器的減少可減輕船舶重量。 本文研究關(guān)于欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的鎮(zhèn)定控制問(wèn)題,且重點(diǎn)考慮了欠驅(qū)動(dòng)水面對(duì)稱船舶和欠驅(qū)動(dòng)水面不對(duì)稱船舶的鎮(zhèn)定。通常船舶只有左右對(duì)稱性,而沒(méi)有前后對(duì)稱性,這就意味著數(shù)學(xué)模型中慣性參數(shù)矩陣M以及阻尼矩陣D(v)的非對(duì)角元素不為零。然而,現(xiàn)有的大量針對(duì)船舶鎮(zhèn)定控制研究的文獻(xiàn)中,都默認(rèn)船舶為對(duì)稱船舶,即船舶前后左右都對(duì)稱,也就是忽略了上述的非對(duì)角元素,弱化了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的耦合特性。本文將針對(duì)只具有螺旋槳以及舵機(jī)的水面船舶(即是欠驅(qū)動(dòng)水面船舶)分別展開(kāi)欠驅(qū)動(dòng)對(duì)稱船舶和欠驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱船舶的鎮(zhèn)定控制研究。 本文以常規(guī)的水面船舶為研究對(duì)象,從運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性兩個(gè)方面介紹了三個(gè)自由度的水面船舶動(dòng)態(tài)特性,并建立了欠驅(qū)動(dòng)對(duì)稱和不對(duì)稱船舶的數(shù)學(xué)模型。對(duì)欠驅(qū)動(dòng)水面對(duì)稱和不對(duì)稱船舶進(jìn)行微分同胚變換,并證明了只要其中是一個(gè)子系統(tǒng)能夠達(dá)到漸進(jìn)穩(wěn)定,即可說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)穩(wěn)定。同時(shí)介紹了一類用全局指數(shù)穩(wěn)定控制法設(shè)計(jì)的控制律,此方法為欠驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱船舶鎮(zhèn)定控制的研究提供了分析的方法以及思路。 通過(guò)反步法和級(jí)聯(lián)系統(tǒng)理論結(jié)合,把經(jīng)過(guò)微分同胚變換后的欠驅(qū)動(dòng)水面船舶系統(tǒng)分解為兩個(gè)子系統(tǒng)經(jīng)積分環(huán)節(jié)串聯(lián)的方式,使用李雅普諾夫函數(shù)設(shè)計(jì)控制器穩(wěn)定其中一個(gè)子系統(tǒng),最后用反步法思想使得欠驅(qū)動(dòng)水面船舶實(shí)現(xiàn)全局一致漸進(jìn)穩(wěn)定,且收斂到原點(diǎn)。 最后搭建Simulink仿真,對(duì)利用反步法得到的對(duì)稱船舶和不對(duì)稱船舶控制器分別進(jìn)行驗(yàn)證仿真,實(shí)驗(yàn)表明本文設(shè)計(jì)的控制器控制效果比較理想,能夠使得系統(tǒng)的各狀態(tài)收斂于原點(diǎn)。且相對(duì)指數(shù)鎮(zhèn)定方法,反步法的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單直接。最后對(duì)比仿真曲線發(fā)現(xiàn)不對(duì)稱船舶的非對(duì)角線元素對(duì)系統(tǒng)鎮(zhèn)定會(huì)有影響。
【關(guān)鍵詞】：欠驅(qū)動(dòng)水面船舶 鎮(zhèn)定控制 級(jí)聯(lián)系統(tǒng) 不對(duì)稱船舶 反步法
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 選題背景及研究意義10-12
• 1.2 本課題的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 欠驅(qū)動(dòng)船舶的發(fā)展12-15
• 1.2.2 欠驅(qū)動(dòng)水面船舶鎮(zhèn)定控制方法研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)16-18
• 第2章 欠驅(qū)動(dòng)水面船舶運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型18-31
• 2.1 參考坐標(biāo)系以及符號(hào)定義18-20
• 2.2 船舶運(yùn)動(dòng)特性20-25
• 2.2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)特性20-21
• 2.2.2 動(dòng)力學(xué)特性21-25
• 2.3 水平面運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型25-29
• 2.4 欠驅(qū)動(dòng)水面船舶運(yùn)動(dòng)的控制特性29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 一類欠驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱船舶的鎮(zhèn)定方法31-44
• 3.1 引言31
• 3.2 欠驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱船舶運(yùn)動(dòng)模型的微分同胚變換31-35
• 3.3 欠驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱船舶的全局K指數(shù)鎮(zhèn)定設(shè)計(jì)35-39
• 3.4 仿真結(jié)果39-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 基于Backstepping算法的船舶鎮(zhèn)定控制器設(shè)計(jì)44-57
• 4.1 Backstepping簡(jiǎn)介44-47
• 4.2 欠驅(qū)動(dòng)對(duì)稱船舶運(yùn)動(dòng)模型的微分同胚變換47-50
• 4.3 基于Backstepping的控制器設(shè)計(jì)50-56
• 4.3.1 欠驅(qū)動(dòng)水面對(duì)稱船舶的Backstepping控制器設(shè)計(jì)50-53
• 4.3.2 欠驅(qū)動(dòng)水面不對(duì)稱船舶的Backstepping控制器設(shè)計(jì)53-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第5章 仿真結(jié)果與分析57-72
• 5.1 Simulink仿真搭建57-59
• 5.1.1 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)57-59
• 5.2 欠驅(qū)動(dòng)水面對(duì)稱船舶的鎮(zhèn)定仿真曲線59-63
• 5.3 欠驅(qū)動(dòng)水面對(duì)稱船舶的抗干擾能力驗(yàn)證仿真曲線63-67
• 5.4 欠驅(qū)動(dòng)水面不對(duì)稱船舶的鎮(zhèn)定仿真曲線67-70
• 5.5 仿真結(jié)果分析70-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 致謝77

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 畢鳳陽(yáng);欠驅(qū)動(dòng)自主水下航行器的非線性魯棒控制策略研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：779778