為了切實保障船舶的航行安全,同時提升船舶運營的經(jīng)濟效益,人們對船舶運動控制提出了更高的要求。性能良好的航跡跟蹤控制器,不僅可以避免執(zhí)行器磨損,縮短航程,節(jié)省燃料,而且在大風(fēng)浪環(huán)境中具有較強的魯棒性。常見的商船大多具有欠驅(qū)動模型特性,故研究一類針對欠驅(qū)動模型的高性能控制器對國產(chǎn)船舶自動化具有重要的促進作用。欠驅(qū)動船舶作為一種特殊的非線性系統(tǒng),具有大慣性、強耦合、非完整約束以及模型參數(shù)不確定等一系列非線性特性。針對如此復(fù)雜的非線性系統(tǒng),控制器設(shè)計難點除克服其本身非線性特性外還需要對外界干擾進行補償。故提出一種行之有效且符合航海實際的控制策略具有現(xiàn)實意義。本文針對欠驅(qū)動水面船舶的航跡跟蹤控制問題,考慮了船舶模型參數(shù)不確定及海洋環(huán)境擾動的干擾,基于擾動觀測器提出了一種改進的魯棒航跡跟蹤控制器。采用參數(shù)估計法,對船舶模型參數(shù)攝動的上界進行估計。通過對海洋環(huán)境擾動的狀態(tài)進行重構(gòu),從而實現(xiàn)對外界干擾的精確觀測。隨后,結(jié)合Backstepping方法及動態(tài)面（Dynamic Surface Control DSC）技術(shù)設(shè)計了一種改進的魯棒航跡控制器,使得船舶能夠?qū)⒖架壽E進行精確跟蹤,避免了對虛擬控制... 

【文章來源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１慣性坐標系和附體坐標系??Ｆｉｇ．２．１?Ｉｎｅｒｔｉａｌ?ａｎｄ?ｂｏｄｙ－ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??

?第２章船舶運動控制理論基礎(chǔ)???能控制。非線性控制是當(dāng)前控制理論的重點研究領(lǐng)域，并取得了一些重要成果ＨＳ＃］。??穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)最重要的特征之一，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定與否不但能夠決定其任務(wù)??的完成度，而且對實際工程應(yīng)用的安全性也至關(guān)重要。因此，如何判斷一個系統(tǒng)??的穩(wěn)定與否及怎樣改善其穩(wěn)定性，是系統(tǒng)分析和設(shè)計的一個重要問題。１８９２年，??俄國數(shù)學(xué)家Ａ．Ｍ丄ｙａｐｉｍｏｖ在其論文《運動穩(wěn)定性的－般性問題》提出了兩種判斷??系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法（間接法和直接法）。這兩種方法已成為研究非線性控制系統(tǒng)穩(wěn)??定性最有效且較為實用的方法。本節(jié)將對論文所涉及的直接法進行詳細介紹。??２．?３．?１穩(wěn)定性的概念??考慮如下非線性動力學(xué)系統(tǒng)??ｉ?＝?／（ｘ，〇?（２．１８）??式中，１?＝?［１１，１２，?—?＼］１￡口＂為《＼１的狀態(tài)向量；／是以１為自變量的非線性向量??函數(shù)，／為時間且／ｅ□。狀態(tài)向量的一個特定值稱為一個點，其隨時間變化所連成??的線即為狀態(tài)軌跡。此外，狀態(tài)數(shù)》稱為系統(tǒng)的階。??定義２．１如果＜／；）一旦處于某個狀態(tài)；且在未來的時間內(nèi)一直保持在七，那么??狀態(tài)，稱為系統(tǒng)的一個平衡點。即??ｆ（ｘｅ，ｌ）＾０，ｙｉ＞ｔ０?（２．１９）??愈．一７＾??ｙ?＾歇??圖２．?３漸近穩(wěn)定的狀態(tài)軌線??Ｆｉｇ．２．３?Ｓｔａｔｅ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｏｆ?ａｓｙｍｐｔｏｔｉｃ?ｓｔａｂｉｌｉｔｙ??？?１２－??

?第３章欠驅(qū)動船舶擾動觀測器???ｄ?／＂?＞??￣￣￣￣＾ｇ）?？?Ｇｒ｛ｓ）???？??八一??￡?Ｖ?Ｊ??／?Ｎ??￣￣??Ｇ；⑷?＜——???＇?Ｖ．?／??圖３．１擾動觀測器的結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．３．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ?ｏｂｓｅｒｖｅｒ??３．?１．２?—種擾動觀測器的設(shè)計方法??以文獻［５７］中所示的機械手臂非線性系統(tǒng)為參考研究對象，設(shè)計了一種改進的??非線性觀測器來實現(xiàn)對干擾狀態(tài)的重構(gòu)和估計。??具有兩節(jié)連桿的機械手臂模型為：??ｊ（ｅ）ｅ?＋?Ｇ（ｄ，ｅ）＾Ｔ＋ｄ?（３．２）??式中，０ｅ［］２為機械手臂的位置向量，６￡口２為速度向量，ｊｅ［］２為機械手臂的??控制輸入，２為外界干擾向量。??非線性觀測器的設(shè)計過程如下：??（１）初始觀測器??由式（３．２）得??ｄ＾Ｊ｛ｅ）ｅ?＋?Ｇ（６，ｄ）－Ｔ?（３．３）??如果外界干擾隨時間是緩慢變化的，即ｊ?＝?〇。則非線性觀測器設(shè)計如下：??ｄ?＝?－Ｌ（ｅ，ｅ）ｄ?＋?Ｌ（ｅ，ｄ）［ｊ?（ｅ）ｅ＋Ｇ（ｅ，ｅ）－Ｔ＾?（３．４）??式中，ｌ為增益系數(shù)，且滿足??－１６－??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]欠驅(qū)動水面船舶航跡自抗擾控制研究[D]. 李榮輝.大連海事大學(xué) 2013
[2]基于動態(tài)神經(jīng)模糊模型的欠驅(qū)動水面船舶運動控制[D]. 汪洋.大連海事大學(xué) 2010



本文編號：3068928