基于滑模控制的吊舱式船舶航向控制器设计

发布时间：2017-11-22 03:14

  本文关键词：基于滑模控制的吊舱式船舶航向控制器设计

  更多相关文章： 滑模控制 反步法 自适应控制 吊舱式船舶航向控制

【摘要】：吊舱推进器系统在船舶电力推进的应用中广受关注。吊舱推进器中电动机和螺旋桨直接相连,可实现水平360°旋转,它综合了舵和桨的功能,提高了船舶的水动力特性和可操控性。吊舱推进器的出现使船舶电力推进取得了突破性的发展。吊舱式船舶航向控制系统通过调节吊舱转向角使船舶航向发生变化或在受到干扰的情况下保持不变,船舶的回转性能和稳定性是衡量其操纵性好坏的标志。船舶在航行过程中,航速变化、外界干扰等因素使得其运动系统为具有不确定量的非线性系统。目前船舶航向控制器设计大多不考虑舵角的转动特性,并采用线性或非线性模型进行自动舵的设计。但是吊舱推进器产生的各个方向力及力矩与吊舱转向角非线性耦合,因此在设计船舶航向控制器时,需要考虑并加入吊舱转向角的转动特性以提高系统的性能。本文以工信部高技术船舶科研子课题“吊舱推进系统操控技术研究”为依托,建立了三自由度吊舱式船舶的分离型模型,分别分析了作用于船体的流体水动力及力矩,风浪等外界产生的干扰力及力矩,和吊舱产生的推力及力矩,并对其进行了速度和旋回仿真,以验证所建数学模型的可行性。对船舶分离型模型进行解耦,保留与航向相关的主变量并加入吊舱转向角数学模型,建立了船舶航向运动数学模型,此模型为具有不确定参数和结构的非线性系统。针对所建立吊舱式船舶航向运动的非线性系统,本文设计了基于反步法的滑模控制器,并详细推导了控制器的设计过程。滑模控制器设计为解决有建模不准确情况下保持稳定性提供了系统的方法,进一步利用反步法的设计思想求取滑模控制器,不需要将系统转化为正则型,并且每个虚拟控制律和最终控制律仅与各个子系统的期望输出和子系统模型参数决定。仿真结果表明,滑模航向控制器对系统中不确定项具有很强的鲁棒性。最后对于数学模型中的不确定参数,采用自适应控制进行矫正,减小了非线性高阶系统中反馈线性化的困难。仿真结果表明该自适应滑模控制器减小了系统的抖振并且具有较强的鲁棒性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.82

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐飞;刘明雍;;基于数字化再设计方法的船舶航向控制器设计[J];鱼雷技术;2013年06期

2 宋青 ,贾欣乐 ,冷德谦 ,彭竹翠;船舶航向保持自适应控制和最优算法仿真[J];舰船科学技术;1986年01期

3 何俊杰;郭昌捷;;一种基于神经-模糊的船舶航向控制器研究[J];电气自动化;2000年05期

4 何俊杰,郭昌捷;一种基于神经-模糊的船舶航向控制器研究[J];船电技术;2000年01期

5 杨盐生;船舶航向非线性系统的模型参考模糊自适应控制[J];中国造船;2003年03期

6 刘益剑;船舶航向模型参考模糊自适应控制器的设计[J];自动化技术与应用;2003年05期

7 孔令涛;杜佳璐;王玉杰;;基于逆推-非线性阻尼算法的船舶航向控制器设计[J];大连海事大学学报;2006年04期

8 何祖军;;船舶航向的自适应神经模糊控制系统[J];船舶工程;2008年06期

9 孙红英;于风卫;;船舶航向非线性系统的自适应动态面控制[J];船电技术;2008年04期

10 孙红英;于风卫;;船舶航向非线性系统自适应动态面控制器设计[J];中国航海;2008年03期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 臧胜永;杨盐生;;船舶航向的神经网络模型参考自适应控制[A];2004防止船舶行事故新经验新技术学术研讨会论文集（上册）[C];2004年

2 李荣辉;李铁山;李强;;自抗扰控制在船舶航向及航迹控制中的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

3 刘胜;王宇超;傅荟璇;;船舶航向保持FC-LSSVM复合控制方法研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 田佰军;具有指定控制性能的船舶航向保持控制研究[D];大连海事大学;2015年

2 胡忠辉;船舶航向运动非线性自适应及优化控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

3 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 方亮;船舶舵/翼舵—鳍/翼鳍智能鲁棒控制研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

5 刘清;船舶操纵运动模糊神经网络控制系统研究[D];武汉理工大学;2002年

6 刘文江;欠驱动水面船舶航向、航迹非线性鲁棒控制研究[D];山东大学;2012年

7 孟浩;船舶航行的智能自适应控制研究[D];哈尔滨工程大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 何俊杰;船舶航向智能模糊控制系统及其仿真[D];大连理工大学;2000年

2 陆禹;船舶航向保持中混沌现象的进一步研究[D];大连海事大学;2016年

3 李子天;考虑磁滞特性补偿的船舶航向保持自适应控制[D];大连海事大学;2016年

4 黄振凯;船舶航向最优化控制设计[D];大连海事大学;2016年

5 赵雅聪;基于滑模控制的吊舱式船舶航向控制器设计[D];哈尔滨工业大学;2016年

6 朱璐;船舶航向保持中的混沌及鲁棒控制[D];大连海事大学;2009年

7 丁杭成;船舶航向智能PID控制算法研究[D];大连海事大学;2010年

8 翟欢欢;基于递推的船舶航向鲁棒控制器设计[D];哈尔滨工程大学;2010年

9 柳丽萍;船舶航向控制器设计[D];大连海事大学;2008年

10 王金朋;船舶航向反步自适应控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

，

本文编号：1213274