考虑磁滞特性补偿的船舶航向保持自适应控制

发布时间：2017-10-10 05:22

  本文关键词：考虑磁滞特性补偿的船舶航向保持自适应控制

  更多相关文章： 航向保持控制 Prandtl-Ishlinskii磁滞模型 Backsteping方法 自适应控制

【摘要】：随着航运经济的蓬勃发展和我国海洋强国战略的提出,目前船舶运动控制理论研究越来越趋向针对船舶控制工程中实际问题进行深入探索,最终提高理论研究的实际可用性。船舶航向保持控制研究是船舶运动控制领域的一项重要研究任务,且船舶在海上航行过程中存在装载变化、速度变化、海洋环境干扰等诸多不确定因素。除此之外,非光滑非线性(本文仅针对磁滞非线性)现象普遍存在于机械液压系统中,舵机伺服系统作为船舶航向保持控制系统的执行设备也不可避免。这对于船舶航向保持控制任务而言会严重影响系统闭环控制精度、甚至导致系统失控。因此,本文针对该类问题开展进一步研究具有一定的实际意义。本文首先在船舶航向保持系统数学模型基础上引入了描述磁滞特性的一般非线性模型,即Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型,构建了具有舵机伺服系统磁滞特性描述的船舶航向保持系统数学模型。利用Backstepping方法针对该类不确定系统设计控制律,通过Nussbaum增益函数技术处理系统模型中控制方向未知问题,针对磁滞特性导致的执行器不确定部分进行整体补偿,最终演绎出一种适用于船舶控制工程需要的鲁棒自适应控制策略。利用Lyapunov稳定性理论从理论上分析了本文所提出控制算法的有效性。基于大连海事大学科研实习船“育鲲”轮进行了系统仿真试验,结果表明本文所提出控制算法能够有效应用于船舶航向保持控制系统,对舵机伺服系统中磁滞非线性部分达到补偿镇定的作用。本文所开展的理论研究具有一定的理论基础和较强的实际应用价值,对提高船舶航向保持控制精度、保证船舶海上航行安全具有重要意义。
【关键词】：航向保持控制 Prandtl-Ishlinskii磁滞模型 Backsteping方法 自适应控制
【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
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 非线性系统自适应控制国内外研究进展11-14
• 1.2.1 非线性控制11-13
• 1.2.2 自适应控制13-14
• 1.2.3 控制系统的不确定性和鲁棒性14
• 1.3 本文研究的主要内容14-16
• 第2章 基础知识16-25
• 2.1 Lyapunov稳定性理论16-20
• 2.1.1 Lyapunov稳定性16-18
• 2.1.2 Lyapunov直接法18-20
• 2.2 Backstepping方法20-24
• 2.3 Nussbaum函数24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 具有磁滞特性的船舶航向保持系统数学模型25-33
• 3.1 船舶转首运动的航向保持控制系统的数学模型25-26
• 3.2 磁滞非线性的数学描述26-29
• 3.3 Prandtl-Ishlinskii磁滞模型描述29-32
• 3.3.1 Prandtl-Ishlinskii磁滞模型29-31
• 3.3.2 具有磁滞特性描述的航向保持系统数学模型31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 考虑磁滞特性补偿的船舶航向自适应控制设计33-45
• 4.1 问题描述33-35
• 4.2 考虑磁滞特性的船舶航向自适应控制器设计及稳定性分析35-40
• 4.2.1 控制器设计35-39
• 4.2.2 稳定性分析39-40
• 4.3 仿真研究40-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 结论与展望45-47
• 5.1 结论45
• 5.2 展望45-47
• 参考文献47-51
• 致谢51-52
• 作者简介52

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本文编号：1004577