發(fā)布時(shí)間：2021-03-07 10:37

　　為了切實(shí)保障船舶的航行安全,同時(shí)提升船舶運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益,人們對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)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(qiáng)的魯棒性。常見的商船大多具有欠驅(qū)動(dòng)模型特性,故研究一類針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)模型的高性能控制器對(duì)國(guó)產(chǎn)船舶自動(dòng)化具有重要的促進(jìn)作用。欠驅(qū)動(dòng)船舶作為一種特殊的非線性系統(tǒng),具有大慣性、強(qiáng)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(duì)如此復(fù)雜的非線性系統(tǒng),控制器設(shè)計(jì)難點(diǎn)除克服其本身非線性特性外還需要對(duì)外界干擾進(jìn)行補(bǔ)償。故提出一種行之有效且符合航海實(shí)際的控制策略具有現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的航跡跟蹤控制問(wèn)題,考慮了船舶模型參數(shù)不確定及海洋環(huán)境擾動(dòng)的干擾,基于擾動(dòng)觀測(cè)器提出了一種改進(jìn)的魯棒航跡跟蹤控制器。采用參數(shù)估計(jì)法,對(duì)船舶模型參數(shù)攝動(dòng)的上界進(jìn)行估計(jì)。通過(guò)對(duì)海洋環(huán)境擾動(dòng)的狀態(tài)進(jìn)行重構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外界干擾的精確觀測(cè)。隨后,結(jié)合Backstepping方法及動(dòng)態(tài)面（Dynamic Surface Control DSC）技術(shù)設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的魯棒航跡控制器,使得船舶能夠?qū)⒖架壽E進(jìn)行精確跟蹤,避免了對(duì)虛擬控制... 

【文章來(lái)源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

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

?第２章船舶運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(duì)實(shí)際工程應(yīng)用的安全性也至關(guān)重要。因此，如何判斷一個(gè)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(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題。１８９２年，??俄國(guó)數(shù)學(xué)家Ａ．Ｍ丄ｙａｐｉｍｏｖ在其論文《運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的－般性問(wèn)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(shí)用的方法。本節(jié)將對(duì)論文所涉及的直接法進(jìn)行詳細(xì)介紹。??２．?３．?１穩(wěn)定性的概念??考慮如下非線性動(dòng)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(shí)間且／ｅ□。狀態(tài)向量的一個(gè)特定值稱為一個(gè)點(diǎn)，其隨時(shí)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(gè)狀態(tài)；且在未來(lái)的時(shí)間內(nèi)一直保持在七，那么??狀態(tài)，稱為系統(tǒng)的一個(gè)平衡點(diǎn)。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(dòng)船舶擾動(dòng)觀測(cè)器???ｄ?／＂?＞??￣￣￣￣＾ｇ）?？?Ｇｒ｛ｓ）???？??八一??￡?Ｖ?Ｊ??／?Ｎ??￣￣??Ｇ；⑷?＜——???＇?Ｖ．?／??圖３．１擾動(dòng)觀測(cè)器的結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．３．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ?ｏｂｓｅｒｖｅｒ??３．?１．２?—種擾動(dòng)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)方法??以文獻(xiàn)［５７］中所示的機(jī)械手臂非線性系統(tǒng)為參考研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的??非線性觀測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾狀態(tài)的重構(gòu)和估計(jì)。??具有兩節(jié)連桿的機(jī)械手臂模型為：??ｊ（ｅ）ｅ?＋?Ｇ（ｄ，ｅ）＾Ｔ＋ｄ?（３．２）??式中，０ｅ［］２為機(jī)械手臂的位置向量，６￡口２為速度向量，ｊｅ［］２為機(jī)械手臂的??控制輸入，２為外界干擾向量。??非線性觀測(cè)器的設(shè)計(jì)過(guò)程如下：??（１）初始觀測(cè)器??由式（３．２）得??ｄ＾Ｊ｛ｅ）ｅ?＋?Ｇ（６，ｄ）－Ｔ?（３．３）??如果外界干擾隨時(shí)間是緩慢變化的，即ｊ?＝?〇。則非線性觀測(cè)器設(shè)計(jì)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于T-S模糊理論的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)[J]. 喬志剛,熊薇薇.  艦船科學(xué)技術(shù). 2018(14)
[2]基于PID算法的船舶航跡自動(dòng)控制方法[J]. 馮哲,張燕菲.  艦船科學(xué)技術(shù). 2018(12)
[3]基于非線性擾動(dòng)觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)單環(huán)預(yù)測(cè)控制[J]. 劉旭東,李珂,張奇,張承慧.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2018(07)
[4]基于DSC和MLP的欠驅(qū)動(dòng)船舶自適應(yīng)滑模軌跡跟蹤控制[J]. 沈智鵬,王茹.  系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2018(03)
[5]有向圖中基于擾動(dòng)觀測(cè)器的線性多智能體系統(tǒng)一致性[J]. 楊東岳,梅杰.  自動(dòng)化學(xué)報(bào). 2018(06)
[6]欠驅(qū)動(dòng)船舶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路徑跟蹤控制[J]. 楊迪,郭晨,朱玉華,付思.  智能系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2018(02)
[7]欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的有限時(shí)間航跡跟蹤控制[J]. 王昱棋,李鐵山.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(05)
[8]欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的軌跡跟蹤模型預(yù)測(cè)控制器[J]. 柳晨光,初秀民,王樂(lè),謝朔,吳青.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(12)
[9]基于高增益觀測(cè)器的船舶航跡魯棒跟蹤控制[J]. 王虎軍,王璐.  中國(guó)造船. 2015(03)
[10]基于狀態(tài)觀測(cè)器的多艘船舶魯棒同步控制[J]. 丁福光,馬燕芹,王元慧,李江軍.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(06)

博士論文
[1]欠驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)神經(jīng)模糊模型的欠驅(qū)動(dòng)水面船舶運(yùn)動(dòng)控制[D]. 汪洋.大連海事大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3068928