在共建“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21世紀(jì)海上絲綢之路”(簡(jiǎn)稱為“一帶一路”)倡議及建設(shè)海洋強(qiáng)國的背景下,水上貨物運(yùn)輸尤為重要。船舶作為水上貨物運(yùn)輸?shù)闹饕d體,在航行中會(huì)面臨復(fù)雜的水文及氣象條件,而且隨著時(shí)代的發(fā)展及科技的進(jìn)步,船舶大型化、復(fù)雜化、專業(yè)化已經(jīng)成為趨勢(shì),一旦船員操作失誤或船舶設(shè)備出現(xiàn)故障等不能正常運(yùn)行的情況,就可能導(dǎo)致整個(gè)船舶出現(xiàn)問題,進(jìn)而導(dǎo)致船舶耽誤正常的船期或者船舶事故的發(fā)生,船期延誤會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)損失,而船舶事故的后果更是無法估量。所以,有必要對(duì)船舶在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行判斷,并針對(duì)船舶可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行容錯(cuò)控制,使之能夠保持正常的運(yùn)行或者在降低一些船舶性能的情況下保證整體安全。本文將基于冪函數(shù)的非線性饋飾(nonlinear feedback and decoration,NFAD)技術(shù)應(yīng)用于船舶航向保持控制,并在仿真中加入舵機(jī)特性、風(fēng)浪干擾等以使仿真試驗(yàn)更加貼近航海實(shí)踐。通過對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行旋回仿真試驗(yàn)并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與船舶實(shí)船海試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了船舶模型的精度。采用閉環(huán)增益成形算法設(shè)計(jì)魯棒PID控制器,并在仿真中加入基于冪函數(shù)的非線性饋飾技術(shù)對(duì)控制器進(jìn)行改進(jìn),以期達(dá)到優(yōu)化控制效果的目的。文中以大連海事大學(xué)實(shí)習(xí)船“育鯤”輪參數(shù)建立運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行船舶航向保持控制仿真試驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,驗(yàn)證了非線性饋飾技術(shù)的有效性和其對(duì)控制性能的改善。通過對(duì)船舶航向保持中常用傳感器和執(zhí)行器可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行考慮及分類,在不重新設(shè)計(jì)控制器的基礎(chǔ)上加入故障診斷及隔離技術(shù),使船舶在傳感器或執(zhí)行器出現(xiàn)不同類型故障的情況下能夠以降低一些控制性能但保證船舶正常航行的情況下達(dá)到預(yù)期的運(yùn)行效果,從而進(jìn)行航向保持容錯(cuò)控制。仿真試驗(yàn)證明了所采用的故障診斷與隔離方法的有效性,對(duì)船舶航向保持中可能出現(xiàn)的故障導(dǎo)致船舶失控的情況進(jìn)行遏制。
【學(xué)位單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：U664.82
【部分圖文】：

?＇?大連海事大學(xué)碩士學(xué)位論文???２基礎(chǔ)理論知識(shí)??２．１閉環(huán)增益成形算法??閉環(huán)增益成形算法是由張顯庫教授于１９９８年基于１１？魯棒控制的混合靈敏度控制算??法的結(jié)果和回路成形算法的思想提出一種簡(jiǎn)捷魯棒控制算法。閉環(huán)增益成型算法的特點(diǎn)??是一種工程性算法，立論的物理概念清晰，求解過程簡(jiǎn)單［５｜］。??閉環(huán)增益成形算法是在魯棒控制理論框架下提出的一種基于閉環(huán)增益成形的控??制算法。通過觀察魯棒控制的Ｓ／Ｊ混合靈敏度奇異值曲線（圖２．１），并且考慮Ｓ和ｒ??的相關(guān)性（ｒ?＝?／－ｓ），它避免了權(quán)函數(shù)的選擇而是對(duì)系進(jìn)行閉環(huán)增益成形，以確定閉??環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)即ｒ?yàn)楹诵模瞄]環(huán)系統(tǒng)的最大奇異值、關(guān)門斜率、閉環(huán)頻譜峰值及??帶寬頻率等四大具有工程意義的參數(shù)直接進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)魯棒控制器的構(gòu)造。??２０｜??；?—????－６０／??一８〇｜——???????－■?一一…■??／（ｒａｄ／ｓ）??圖２．ｉ?典型的ｓ＆ｒ奇異值曲線??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｙｐｉｃａｌ?Ｓ＆Ｔ?ｓｉｎｇｕｌａｒ?ｖａｌｕｅ?ｃｕｒｖｅ??為使控制系統(tǒng)保持魯棒穩(wěn)定則要求系統(tǒng)具有低通的閉環(huán)頻譜，并且為了保證系統(tǒng)能??夠無靜差地跟蹤參考信號(hào)ｒ，其最大奇異值應(yīng)為１；閉環(huán)系統(tǒng)的控制性能取決于系統(tǒng)的??帶寬頻率；而系統(tǒng)對(duì)有效頻帶以外的干擾頻率的敏感程度取決于頻譜的關(guān)門斜率，如果??關(guān)門斜率越大，則干擾衰減也越大，即系統(tǒng)對(duì)千擾所帶來影響不敏感，從而可以增強(qiáng)控??制系統(tǒng)的魯棒性能。但如果取過大的關(guān)門斜率，則會(huì)導(dǎo)致由此設(shè)計(jì)出的控制器階數(shù)的增??高，這種情況下不利于控制器的實(shí)現(xiàn)且其對(duì)控制效果的改善也不明顯［５１］。??一般地，將控制

圖３．３旋回圈對(duì)比??Ｆｉｇ．?３．３?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｔｕｒｎｉｎｇ?ｃｉｒｃｌｅ??

圖３．４絕對(duì)風(fēng)和相對(duì)風(fēng)??Ｆｉｇ．?３．４?Ａｂｓｏｌｕｔｅ?ｗｉｎｄ?ａｎｄ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｗｉｎｄ??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2890640