基于自抗扰的船舶航迹控制研究

发布时间：2017-04-08 17:02

  本文关键词：基于自抗扰的船舶航迹控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人类海洋工程活动的不断增加,人们对装备动力定位系统船舶的姿态和运行航迹的控制要求越来越高。自抗扰控制技术是一种结合PID控制与现代控制理论精华的全新控制技术,是一种能够抵抗外扰、不依赖精确数学模型、控制精度高、鲁棒性强的控制方法,适合应用于船舶运动控制这样具有强扰动、大惯性、大时滞的非线性系统。因此本文基于自抗扰控制技术研究船舶运动中的航迹控制问题,并采用三维技术进行仿真。 根据刚体运动学与刚体动力学基本方程,建立简化的控制用线性船舶运动方程。建立影响船舶运动的风浪流数学模型作为船舶运动的外扰。与通过机理和辨识建模得到的精确船舶运动模型进行对比,验证简化模型的正确性和船舶低速运动时的精确性。 研究线性自抗扰控制算法和航迹控制策略。研究自抗扰控制器的结构和原理。根据船舶运动模型的特点,设计线性自抗扰控制器,解决自抗扰控制器参数繁多、非线性环节稳定性不易证明的问题。采用三(?)法,设置线性自抗扰控制器的参数,降低了自抗扰控制器参数设定的难度。采用自抗扰控制思想中的安排过渡过程的方法,使船舶输出量可以良好的跟随系统的输入量的变化,使船舶输出量的导数与系统输出量的导数近似相等,从而实现了既可以控制船舶方位又可以控制船舶运动速度和转艏角速度的功能。并在MATLAB/Simulink中对船舶航迹控制运动仿真进行分析,验证了自抗扰控制方法的有效性。 本文基于Unity3D引擎,设计了三维船舶航迹仿真程序和GUI界面,使仿真变得直观形象。使用C#语言编写线性自抗扰控制器算法和船舶运动模型,同时验证了自抗扰控制器易于程序实现,需要计算机资源小的优点。
【关键词】：动力定位 航迹 自抗扰 Unity3D
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的研究背景和意义10-11
• 1.2 船舶动力定位系统11-14
• 1.3 国内外研究现状14-17
• 1.3.1 DP系统控制技术研究现状14-16
• 1.3.2 自抗扰控制16-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-18
• 第2章 动力定位船舶数学模型18-35
• 2.1 船舶运动坐标系18-20
• 2.2 船舶运动数学模型20-27
• 2.2.1 船舶运动学模型20-22
• 2.2.2 船舶动力学模型22-27
• 2.3 环境力的数学模型27-30
• 2.3.1 风的干扰力数学模型27-29
• 2.3.2 浪的干扰力数学模型29
• 2.3.3 流的干扰力数学模型29-30
• 2.4 船舶控制模型验证30-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 自抗扰控制35-42
• 3.1 跟踪微分器35-37
• 3.2 三阶扩张状态观测器(ESO)37-38
• 3.3 非线性误差反馈(NLSEF)38-39
• 3.4 线性自抗扰控制器(LADRC)39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 船舶航迹控制策略42-46
• 4.1 矢量控制与标量控制42-43
• 4.2 安排过渡过程43-44
• 4.3 速度控制44
• 4.4 安排过渡过程的航迹航速控制策略44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 船舶动力定位航迹控制及仿真46-53
• 5.1 无环境干扰情况47-49
• 5.1.1 水平面运动47-48
• 5.1.2 转艏运动48-49
• 5.2 有风流环境干扰情况49-52
• 5.2.1 水平面运动50-51
• 5.2.2 转艏运动51-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第6章 基于Unity3D的三维仿真53-63
• 6.1 相关微分方程数值解的程序实现53-54
• 6.2 3ds Max建模54-57
• 6.3 Unity3D三维仿真57-62
• 6.3.1 简介57-58
• 6.3.2 基本操作58-59
• 6.3.3 场景、GUI及脚本开发59-62
• 6.4 本章小结62-63
• 结论与展望63-66
• 参考文献66-68
• 致谢68-69
• 研究生履历69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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3 黄焕袍,万晖,韩京清;安排过渡过程是提高闭环系统“鲁棒性、适应性和稳定性”的一种有效方法[J];控制理论与应用;2001年S1期

4 黄一,张文革;自抗扰控制器的发展[J];控制理论与应用;2002年04期

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6 韩京清;一类不确定对象的扩张状态观测器[J];控制与决策;1995年01期

7 韩京清;自抗扰控制器及其应用[J];控制与决策;1998年01期

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1 刘芙蓉;半潜船动力定位控制系统建模和仿真研究[D];武汉理工大学;2011年

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本文编号：293281