超恶劣海况下船舶运动简捷鲁棒自适应控制
[Abstract]:In order to solve the problem that the current theory of ship motion control is not applicable or the control effect is not ideal, in order to solve the problem of especially bad sea conditions (referred to as "ultra bad sea conditions", which is explained in Appendix 1). Based on the topic of "tracking and controlling the ship's moving path under the condition of ultra bad sea conditions", this paper makes a systematic theoretical exploration and study, hoping to provide theoretical guidance for the rescue of shipwrecks in the extreme bad sea conditions and the inevitable navigation of ships in the ocean. In this paper, five key points, such as identification modeling algorithm, ultra-bad sea condition test platform, guidance algorithm, ship motion control theory and control engineering realization, are studied in depth. Adopting the technical route of "robust" and "adaptive" and "simple", that is, the ship motion control algorithm is robust under certain sea conditions, and should be adaptive when the sea condition changes greatly, and the final control law should be simple and easy to realize. The aim of this paper is to propose a complete path tracking control algorithm which takes into account the requirements of ship control engineering (actuator configuration constraints, real-time algorithm) and the actual marine environment conditions of ship service. Aiming at the characteristics of multivariable coupling of ship motion and limited length of real ship maneuverability test innovation (i.e. "new information"), this paper introduces multi-innovation identification technology into ship motion identification modeling research. A self-organizing multi-innovation identification algorithm considering multivariable coupling mechanism is proposed. Through carrying out the actual ship test on the scientific research practice ship "Yukun" of Dalian Maritime University, including cycle test and asymmetric Z-shape test, a four-degree-of-freedom mathematical model which can accurately reflect the actual dynamics of "Yukun" is established. Combined with the mechanism model of ocean environment disturbance (wind, wave, current), a ship motion simulation test platform can be constructed to describe the ultra-bad marine environment. Guidance and control are two important modules of ship control system to realize complex automatic navigation task. In the aspect of guidance, by introducing virtual boat guidance and dynamic switching mechanism, this paper proposes a guidance algorithm based on the idea of "dynamic virtual boat", which solves the problem that the existing LOS (Line-of-sight) guidance algorithm can not be directly applied to ship path tracking control. The algorithm can provide a more reasonable navigation mechanism for automatic navigation of ships. In the aspect of control, this paper considers the problems of model height uncertainty, actuator configuration constraint, real-time control algorithm and super bad sea condition interference in engineering practice. Robust neural network control and low-frequency gain learning algorithm are used to avoid the weight learning of neural network. The gain correlation coefficient of on-line learning is constructed to stabilize the external disturbance and model perturbation so as to reduce the influence on ship dynamics. This algorithm has the advantages of simple form, small computational load and easy engineering application. All experiments in this paper are implemented by Matlab/Visual Basic hybrid programming. The experimental results obtained under the ultra-bad sea conditions verify the effectiveness of the proposed path tracking control design method. The research is of practical significance for improving the safety of ships at sea and promoting the development of home-made equipment for ships, and lays an important theoretical foundation for the realization of efficient shipping.
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U661.3
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,本文编号:2172518
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