基于变结构自抗扰的船舶航迹保持控制

发布时间：2017-08-29 02:20

  本文关键词：基于变结构自抗扰的船舶航迹保持控制

  更多相关文章： 航迹控制 降维方程 变结构自抗扰 滑模面 抖振

【摘要】：作为海上承载工具船舶正逐步趋于大型化、自动化及高速化,效率提升的同时,对船舶操控性的要求也越来越高。普通水面船舶在海上航行时是欠驱动性的,会因为航速、装载状态、机械结构以及内外环境干扰导致船舶控制系统具有不确定性、控制输入饱和、横漂问题及不稳定性。为解决上述船舶操控问题,文章基于变结构自抗扰控制技术对船舶航迹控制进行了研究,具体研究内容包括：1.船舶航迹保持控制设计的研究：采用间接航迹保持控制的设计方法,构建降维方程(期望船首向角函数)得出能让航迹偏差收敛为0的期望船首向角,设计航向控制器,以得到的期望船首向角为控制输入对船舶航向进行控制,进而达到控制航迹的目的。如果不考虑对航向角的控制,则按照直接航迹保持控制方法,根据船舶在大地坐标系上的位置坐标设计控制器对航迹偏差直接控制,通过改变状态变量变换控制目标,将跟踪问题转化为镇定问题,省去输入信号的的跟踪微分环节,简化了控制器的结构。2.变结构自抗扰控制算法的研究：通过对非线性自抗扰控制器的扩张状态观测器(ESO)和状态误差反馈控制率两部分进行变结构设计,得出新的变结构自抗扰控制器,改造部分的可调参数降到了2个。为进一步简化控制器,仅对状态误差反馈控制率进行变结构设计,扩张状态观测器只进行简单的线性变换处理,得到的LESO可调参数仅为一个。变结构设计后的控制器可以对被控模型不确定的系统进行控制,在整个控制过程中实时观测补偿扰动,当系统进入滑动模态后不再受内外扰动影响,同时这种设计降低了系统可调参数的数量,改善了控制性能。但因为滑模面的引入导致系统抖振问题的发生,为此文章引入光滑继电函数和改进的指数趋近律来消减抖振。3.以大连海事大学教学实习船“育龙”轮为仿真对象,基于在Matlab中Simulink环境下搭建的非线性船舶运动模型进行船舶航迹保持控制仿真实验,验证所设计控制方法的有效性。
【关键词】：航迹控制 降维方程 变结构自抗扰 滑模面 抖振
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• AB巧RACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 选题背景和研究意义10-12
• 1.1.1 选题背景10
• 1.1.2 研究意义10-12
• 1.2 研究发展现状12-15
• 1.2.1 船舶航迹控制研究现状12-14
• 1.2.2 自抗扰理论发展现状14-15
• 1.3 研究方法和主要内容15-17
• 第2章 基础知识17-31
• 2.1 船舶运动数学模型17-20
• 2.1.1 船舶平面运动坐标系17
• 2.1.2 船舶操纵运动数学模型17-20
• 2.2 自抗扰控制概述20-24
• 2.2.1 自抗扰控制理论概述20-21
• 2.2.2 自抗扰控制基本结构21-24
• 2.3 滑模变结构控制概述24-31
• 2.3.1 滑模变结构控制理论概述24
• 2.3.2 滑模变结构控制基本原理24-27
• 2.3.3 滑模变结构控制率设计27-28
• 2.3.4 滑模变结构控制抖振问题28-31
• 第3章 基于VSC-ADRC的船舶航迹保持控制设计(一)31-44
• 3.1 问题描述31-34
• 3.2 航向控制器设计34-38
• 3.2.1 航向控制系统ADRC结构34-35
• 3.2.2 扩张状态观测器VSC设计35-37
• 3.2.3 误差反馈控制率VSC设计37-38
• 3.3 仿真实例38-43
• 3.3.1 直线航迹保持控制39-41
• 3.3.2 曲线航迹保持控制41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 基于VSC-ADRC的船舶航迹保持控制设计(二)44-56
• 4.1 问题描述44
• 4.2 航向控制器设计44-49
• 4.2.1 跟踪微分器44-45
• 4.2.2 扩张状态观测器线性化45-46
• 4.2.3 误差反馈控制率VSC设计46-49
• 4.3 仿真实例49-54
• 4.3.1 直线航迹保持控制49-51
• 4.3.2 曲线航迹保持控制51-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 基于VSC-ADRC的船舶航迹保持控制设计(三)56-66
• 5.1 问题描述56-57
• 5.2 航迹控制器设计57-59
• 5.3 仿真实例59-64
• 5.3.1 直线航迹保持控制60-62
• 5.3.2 曲线航迹保持控制62-64
• 5.4 本章小结64-66
• 第6章 结论与展望66-68
• 参考文献68-74
• 攻读学位期间公开发表论文74-75
• 致谢75-77
• 作者简介77

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本文编号：750805