欠驱动水面船镇定控制方法研究

发布时间：2020-07-01 21:41

【摘要】：本文的研究对象是欠驱动水面船,欠驱动水面船一般没有横向控制装置,具有船体重量更轻、成本更低的优点,是近年来人们的研究热点。镇定控制是船舶的基本运动控制之一,欠驱动船舶的自归航、自动靠泊等需要在海洋中保持船位和姿态的控制都属于镇定控制的范畴。因此,研究欠驱动船的镇定控制方法具有非常重要的理论意义及实用价值。本文主要完成以下工作:首先,建立船舶六自由度模型,对模型进行合理简化得到欠驱动水面船三自由度模型,并在MATLAB环境下进行定常直航、回转实验,证明模型的合理性,并分析欠驱动水面船的系统特性。然后,设计简捷鲁棒镇定控制器。在不考虑干扰的情况下,对原系统进行微分同胚变换,然后以李亚普诺夫直接法为基础设计简捷鲁棒控制器,此控制器可以将欠驱动船舶从任意位置镇定到期望位置。所设计的简捷鲁棒控制器形式非常简单,在工程中易于实现。此外,经过后续分析可知此控制器在欠驱动水面船模型不确定情况中具有很好的鲁棒性。其次,在考虑干扰和模型不确定的情况下,结合反步法与自适应模糊方法设计出一种新型镇定控制器。先利用全局微分同胚变换,将原系统转化为两个具有严格级联关系的子系统,分别对两个子系统进行控制器设计。以模糊系统实现对未知项的逼近,自适应律可以根据被控对象的动态特性进行学习实现对控制器参数的更新,从而具有更好的控制效果。本控制器可以实现位置和姿态的镇定。在仿真试验中与基于自适应滑模的镇定控制器做对比,证明了本控制器暂态特性更好,更符合实际需求。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;U664.82
【图文】：

2.1 中的坐标系E E E EO x y z。它与船体坐标系不同，它的参考目标是大地，点EO 可以选择地球表面的任意点。为了方便研究，NED 坐标系的原点EO 通上的某一点，坐标轴E EO x 和E EO y 从EO 处延伸且与地球表面相切E EO z 指向这三个坐标轴的位置满足右手定则。如图 2.1 所示坐标轴E EO x 、E EO y 、O正北正东和地球球心。船舶航行时的位置以及姿态常在该坐标系下表示。

舶浮心和重心均位于 z 轴上；舶以静止或者低速状态处在理想流体中，那么可以忽略矩阵 M 的非M 是对称且正定的；没有横向推进器，所以推力及回转力矩阵 [ ]1 2 3Tτ = τ τ τ中第二个分] 30T τ；略矩阵 M ， D ( v )， C ( v )中的耦合项和高于一阶项的水动力。上简化假设，得出如图 2.3 所示的欠驱动水面船的数学模型：w( )( )J vMv C v v Dvη ητ τ = = + +

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本文编号：2737295