發(fā)布時間：2018-04-27 09:06

  本文選題：航跡跟蹤 + 自抗擾控制��； 參考：《大連海事大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著船舶高速化、大型化和智能化的快速發(fā)展,關(guān)于船舶航跡跟蹤控制的方法日新月異,與此同時,對船舶安全性和經(jīng)濟性的要求越來越高。為解決欠驅(qū)動水面船舶系統(tǒng)內(nèi)部和外界擾動的不確定性、控制輸入飽和及橫漂等問題,本文采用終端滑模和自抗擾控制技術(shù)相結(jié)合的方法對船舶航跡跟蹤控制進行了研究,主要研究內(nèi)容包括:1.船舶航跡跟蹤控制設(shè)計的研究:通過構(gòu)造期望船艏向角函數(shù),得到確保船舶航跡偏差收斂于零時的期望船艏向,之后,將得到的期望船艏向作為航向控制器的輸入進行航向控制,從而構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng),達(dá)到船舶航跡間接跟蹤控制的目的。此方法在仿真結(jié)構(gòu)上獨立于自抗擾控制算法,并且將復(fù)雜的航跡跟蹤控制問題簡化為易于實現(xiàn)的航向鎮(zhèn)定問題,從而達(dá)到船舶航跡跟蹤控制的目的。2.終端滑模自抗擾控制算法的研究:主要對自抗擾控制器的非線性狀態(tài)誤差反饋控制律部分進行優(yōu)化。針對模型內(nèi)部和外界干擾的不確定性,利用自抗擾算法中的擴張狀態(tài)觀測器在線實時估計并補償擾動;采用非奇異終端滑模面與指數(shù)趨近律相結(jié)合的方法設(shè)計控制律,確保系統(tǒng)進入滑動模態(tài)時穩(wěn)定,減小系統(tǒng)抖振,提高系統(tǒng)的收斂速度和穩(wěn)態(tài)跟蹤精度,從而改善系統(tǒng)的控制效果。另外,在上述方法基礎(chǔ)上重新引入響應(yīng)效果更好的快速終端滑模切換面,其綜合了非奇異終端滑模和普通滑模的優(yōu)點,確保系統(tǒng)狀態(tài)遠(yuǎn)離平衡點時能夠快速響應(yīng);結(jié)合冪指數(shù)趨近律,保證系統(tǒng)全局漸進穩(wěn)定,從而進一步優(yōu)化了控制效果。3.以大連海事大學(xué)教學(xué)實習(xí)船"育龍"輪為仿真對象,利用Matlab中的Simulink環(huán)境進行仿真實驗,跟蹤直線和曲線航跡,仿真結(jié)果驗證了所設(shè)計控制方法的有效性。
[Abstract]:With the rapid development of high-speed, large-scale and intelligent ship, the methods of ship track tracking control are changing with each passing day. At the same time, the requirements of ship safety and economy are becoming higher and higher. In order to solve the uncertainty of the internal and external disturbances of the underactuated surface ship system and to control the input saturation and lateral drift, the tracking control of ship track is studied by the combination of terminal sliding mode and active disturbance rejection control technique in this paper. The main research contents include: 1. Research on the design of ship track tracking control: by constructing the expected bow angle function, the expected ship trajectory deviation converges to 00:00, and then, The desired heading of the ship is used as the input of the heading controller for course control, thus forming a closed-loop system to achieve the purpose of indirect tracking control of the ship's track. This method is independent of the active disturbance rejection control algorithm in the simulation structure, and simplifies the complex track tracking control problem to the easy to realize the course stabilization problem, so as to achieve the purpose of ship track tracking control. Research on terminal sliding mode active disturbance rejection control algorithm: the nonlinear state error feedback control law of active disturbance rejection controller is optimized. Aiming at the uncertainty of the internal and external disturbances, the extended state observer in the active disturbance rejection algorithm is used to real-time estimate and compensate the disturbance, and the control law is designed by combining the non-singular terminal sliding mode surface with the exponential approach law. The stability of the system into sliding mode is ensured, the chattering of the system is reduced, and the convergence rate and the tracking accuracy of the system are improved, thus the control effect of the system is improved. In addition, the fast terminal sliding mode switching surface with better response effect is reintroduced on the basis of the above method, which integrates the advantages of non-singular terminal sliding mode and ordinary sliding mode, and ensures that the system can respond quickly when the system state is far from the equilibrium point. Combined with the power exponential approach law, the global asymptotic stability of the system is guaranteed, and the control effect is further optimized. Taking the "Yuulong" wheel of Dalian Maritime University teaching practice ship as the simulation object, the simulation experiment is carried out by using the Simulink environment in Matlab to track the straight line and curve track. The simulation results verify the effectiveness of the designed control method.
【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】：2017
【分類號】：U664.82

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本文編號：1810104