隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷飛速發(fā)展,水面欠驅(qū)動(dòng)船舶作為各國貿(mào)易往來的主要運(yùn)輸工具,因此受到了世界各國的廣泛關(guān)注。為保證欠驅(qū)動(dòng)船舶能夠順利完成各種指定航行任務(wù),對(duì)其實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤控制儼然成為當(dāng)下研究熱點(diǎn),但考慮到欠驅(qū)動(dòng)船舶在操控過程中,具有較強(qiáng)的非線性、耦合性等特點(diǎn),傳統(tǒng)的控制方法已經(jīng)無法滿足其精度需求,因此尋求有效的控制策略是解決路徑跟蹤控制問題的關(guān)鍵所在。本文主要針對(duì)水面欠驅(qū)動(dòng)船舶的路徑跟蹤控制策略展開研究,主要研究工作如下:首先,介紹了水面欠驅(qū)動(dòng)船舶的運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合本文研究內(nèi)容對(duì)該模型進(jìn)行一定程度上的簡化,最終得到水平面三自由度欠驅(qū)動(dòng)船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型;其次,針對(duì)滑模控制方法中存在的抖振問題,采用超螺旋二階滑�？刂扑惴ㄔO(shè)計(jì)欠驅(qū)動(dòng)船舶路徑跟蹤控制器,以實(shí)現(xiàn)有效抑制抖振問題的同時(shí)提高系統(tǒng)跟蹤控制精度;然后,針對(duì)復(fù)雜多變的海上擾動(dòng)其界值難以確定,所導(dǎo)致的控制器參數(shù)難以選取問題,將自適應(yīng)方法與超螺旋二階滑�？刂葡嘟Y(jié)合,提出一種基于自適應(yīng)二階滑模的欠驅(qū)動(dòng)船舶路徑跟蹤控制策略,在該方法中通過自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)外界擾動(dòng)界值的實(shí)時(shí)估計(jì),進(jìn)而更新控制器參數(shù)以獲取更為良好的控制效果;最后... 

【文章來源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１本文章節(jié)結(jié)構(gòu)圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｃｈａｐｔｅｒｓ?ｆｏｒ?ｔｈｅｓｉｓ??

?大連海事大學(xué)碩士學(xué)位論文???２船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型及滑�？刂评碚�??本課題針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)船舶的路徑跟蹤控制問題進(jìn)行研宄，設(shè)計(jì)控制器以實(shí)現(xiàn)對(duì)期望路??徑精確跟蹤，而考慮到對(duì)實(shí)船開展控制實(shí)驗(yàn)存在較大的困難且成本較高［４７］，故解決此類??問題的常規(guī)做法為建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，隨后進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)控制器的??性能，而實(shí)際的船舶運(yùn)動(dòng)具有較強(qiáng)的耦合性、非線性等特點(diǎn)，因此建立精確的數(shù)學(xué)模型??用以描述船舶運(yùn)動(dòng)過程存在較大的困難，故需對(duì)其運(yùn)動(dòng)過程在一定程度上進(jìn)行簡化，最??終得到適用于課題研宄的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型［４８１。??本章首先針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)船舶的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析，并結(jié)合本文的研究內(nèi)容對(duì)其運(yùn)動(dòng)過??程進(jìn)行簡化，最終得到水平面三自由度船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型；隨后針對(duì)滑模控制理論進(jìn)行??介紹并分析該方法中所存在的問題，為后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)提供理論基矗??２．１船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型??建立船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型是為了描述其在運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)于輸入控制量的響應(yīng)特性，冋??時(shí)側(cè)面也可以反應(yīng)出所設(shè)計(jì)控制器的控制效果，而為了實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行數(shù)學(xué)描??述，首先需要對(duì)其建立運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系，隨后在坐標(biāo)系下對(duì)其運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)彳丁描述。??２．１．?１船舶運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系??為便于坐標(biāo)系的建立以及描述船舶在海洋中的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，通常情況下采用如下兩種??坐標(biāo)系形式：一種為慣性坐標(biāo)系，而另外一種便是隨船運(yùn)動(dòng)（附體）坐標(biāo)系。??爐慣性坐標(biāo)系??囊動(dòng)坐標(biāo)系??．．．ｒ－．．．．．Ｖ５?橫沭??－八，?ｒ，Ｎ??ｍ??圖２．１船舶運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系??Ｆｉｇ．?２．１?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｍｏｔｉｏｎ??－７－??

?影響滑模變量的一階導(dǎo)數(shù)從而對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，而高階滑�？刂品椒▌t是通過將不連續(xù)??的控制變量作用至滑動(dòng)變量的高階導(dǎo)數(shù)上，這樣便可通過積分器的濾波作用使得抖振問??題得到一定的抑制，因此高階滑模作為傳統(tǒng)滑模的拓展研究，不但保留了傳統(tǒng)滑�？刂�??的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠有效抑制抖振問題并提高系統(tǒng)控制精度，。??而在高階滑模中，二階滑模作為特殊情況因其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單且所需的信息量較少，??同時(shí)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有限時(shí)間穩(wěn)定，因此在現(xiàn)階段得到更為廣泛的應(yīng)用［５６］。??ｃ?＝：?Ｑ??Ｓ?＾?Ｓ?＾??圖２：６二階滑模運(yùn)動(dòng)軌跡圖??Ｆｉｇ．?２．６?Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ?ｓｌｉｄｉｎｇ?ｍｏｄｅ?ｃｏｎｔｒｏｌ??其中二階滑模在相平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖２．６所示，依據(jù)高階滑模的定義可知，二階滑模??僅需滿足ｓ?ｉ?＝?０的條件即可，故其在控制器設(shè)計(jì)方面較其他高階滑模相比更為簡１?丫＞－，??并且通過將非連續(xù)的控制變量作用在滑模變量的二階導(dǎo)數(shù)上，從而能夠竹效地抑制抖振??問題。??在上述幾種方法中，二階滑�？刂萍饶軌蛴行魅醵墩駟栴}，Ｍ時(shí)又能夠存效避免??趨近律或邊界Ｗ方法所引入的新的問題如：削弱滑模拕制的抗攝動(dòng)性或技制參數(shù)難以選??？?１５－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于改進(jìn)滑模趨近律的航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制器設(shè)計(jì)[J]. 劉帥,王金環(huán),白杰,戴士杰.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2019(34)
[2]考慮滑模抖振的永磁同步電機(jī)模糊超螺旋滑模觀測(cè)器[J]. 陶彩霞,趙凱旋,牛青.  電力系統(tǒng)保護(hù)與控制. 2019(23)
[3]Adaptive sliding-mode path following control system of the underactuated USV under the influence of ocean currents[J]. CHEN Xiao,LIU Zhong,ZHANG Jianqiang,ZHOU Dechao,DONG Jiao.  Journal of Systems Engineering and Electronics. 2018(06)
[4]基于二階滑模算法的永磁同步電機(jī)控制[J]. 楊婧,紀(jì)科輝,趙新龍,魯文其.  微特電機(jī). 2018(02)
[5]基于二階滑模算法的船舶航向控制[J]. 劉勇,卜仁祥,孫大銘.  長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(04)
[6]欠驅(qū)動(dòng)船舶路徑跟蹤的強(qiáng)化學(xué)習(xí)迭代滑�？刂芠J]. 沈智鵬,代昌盛.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(05)
[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]基于滑�？刂频乃男頍o人機(jī)的軌跡跟蹤控制[J]. 劉凱悅,冷建偉.  天津理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(02)
[9]高階滑�？刂萍捌溲芯楷F(xiàn)狀[J]. 孫靈芳,邢宇,李斌.  化工自動(dòng)化及儀表. 2016(04)
[10]飛機(jī)全電防滑剎車系統(tǒng)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)面控制[J]. 李兵強(qiáng),陳曉雷,林輝,戴志勇.  系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2016(05)

博士論文
[1]不確定非線性系統(tǒng)高階滑模控制及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[D]. 韓耀振.華北電力大學(xué)(北京) 2017
[2]高階滑�？刂评碚摷捌湓谇夫�(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D]. 楊潔.北京理工大學(xué) 2015
[3]無人艇的非線性運(yùn)動(dòng)控制方法研究[D]. 廖煜雷.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[4]欠驅(qū)動(dòng)船舶非線性控制研究[D]. 韓冰.哈爾濱工程大學(xué) 2004

碩士論文
[1]欠驅(qū)動(dòng)船舶軌跡跟蹤的自適應(yīng)滑�？刂蒲芯縖D]. 王茹.大連海事大學(xué) 2018
[2]基于高階滑模的船舶直線航跡控制[D]. 蔡成.大連海事大學(xué) 2017
[3]基于終端滑模自抗擾的船舶航跡跟蹤控制[D]. 秦朝宇.大連海事大學(xué) 2017
[4]一類欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的切換控制設(shè)計(jì)[D]. 鄭鵬尚.東北大學(xué) 2013
[5]無人駕駛救助船路徑規(guī)劃算法的研究[D]. 陳佳.武漢理工大學(xué) 2013
[6]船舶運(yùn)動(dòng)建模與特性仿真研究[D]. 李修強(qiáng).武漢理工大學(xué) 2010
[7]滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)抖振抑制方法的研究[D]. 李琳.大連理工大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3217954