考虑输入饱和的船舶航向自动舵设计

发布时间：2017-04-14 14:10

  本文关键词：考虑输入饱和的船舶航向自动舵设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：船舶航向自动舵设计是自动控制理论应用得较早、取得成果比较显著的领域。而在设计过程中考虑系统输入饱和问题的研究,却鲜有成果。 本文针对船舶航向控制非线性系统具有的舵角输入饱和限制问题,分别考虑了系统已知、带有参数不确定以及含有任意不确定性的情况,提出了三种考虑输入饱和的船舶航向自动舵控制算法。 首先,针对船舶航向非线性系统已知的情况,通过引进一种饱和辅助设计系统对控制器进行直接地内补偿,提出了一种考虑输入饱和的船舶航向自动舵控制算法,保证了系统的稳定性,得到了良好的控制性能；其次,在考虑输入饱和基础上,针对船舶航向系统带有参数不确定和未知外界干扰的情况,采取基于李雅普诺夫定理的后推(Backstepping)设计方法以及自适应控制技术,提出了一种考虑输入饱和的鲁棒自适应船舶航向自动舵控制算法；最后,针对一类考虑输入饱和及未知外界干扰的通用高阶严格反馈不确定非线性系统,采用神经网络逼近技术处理任意不确定性,提出了一种考虑输入饱和的直接自适应神经网络动态面控制(Dynamic Surface Control; DSC)算法,并用于船舶航向自动舵控制算法设计。 针对传统后推方法中易产生“计算量膨胀”问题,本文引进了动态面控制技术,从而大大降低了控制器的复杂性,使之易于工程实现。另外,在对不确定非线性系统控制设计中,利用系统仿射项的特性和直接自适应技术,避免了控制器奇异值问题。同时,保证了闭环系统是最终一致有界的。 本文所提出的控制算法能够保证闭环系统的稳定性,并且使得航向跟踪误差任意小。最后,利用MATLAB进行计算机仿真研究,分别验证了上述三种控制器的有效性。
【关键词】：船舶航向自动舵 输入饱和 后推方法 自适应控制 神经网络
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U664.36
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 课题研究现状10-13
• 1.2.1 船舶航向控制算法国内外研究现状10-12
• 1.2.2 课题的提出及意义12-13
• 1.3 本文研究的主要内容13-14
• 第2章 基础知识14-23
• 2.1 船舶航向控制系统数学模型14-15
• 2.2 Lyapunov稳定性理论15-18
• 2.2.1 Lyapunov稳定性15-16
• 2.2.2 Lyapunov直接方法16-18
• 2.3 Backstepping方法和DSC技术18-22
• 2.3.1 Backstepping方法概述18
• 2.3.2 Backstepping方法应用实例18-22
• 2.3.3 DSC技术简介22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 基于已知系统的考虑输入饱和的船舶航向自动舵控制设计23-33
• 3.1 “控制器内补偿”辅助系统简介23-24
• 3.2 问题描述24-25
• 3.3 基于Backstepping的控制器设计及稳定性分析25-28
• 3.3.1 控制器设计25-27
• 3.3.2 稳定性分析27-28
• 3.4 仿真结果分析28-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 带有参数不确定的考虑输入饱和的船舶航向自动舵自适应控制设计33-41
• 4.1 问题描述33-34
• 4.2 基于自适应Backstepping方法的控制器设计及稳定性分析34-38
• 4.2.1 控制器设计34-38
• 4.2.2 稳定性分析38
• 4.3 仿真研究38-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第5章 考虑输入饱和的直接神经网络自适应DSC控制设计41-57
• 5.1 径基函数神经网络简介42-43
• 5.2 问题描述43-44
• 5.3 基于神经网络和DSC技术的控制器设计及稳定性分析44-53
• 5.3.1 控制器设计44-48
• 5.3.2 稳定性分析48-53
• 5.4 船舶航向控制设计53-54
• 5.5 船舶航向控制应用仿真54-56
• 5.6 本章小结56-57
• 第6章 结论与展望57-58
• 参考文献58-63
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文63-64
• 致谢64-65
• 研究生履历65

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 胡宴才;船舶航向自动舵自适应模糊设计[D];大连海事大学;2013年

2 魏恩平;考虑时滞和输入饱和的船舶航向自动舵设计[D];大连海事大学;2013年

  本文关键词：考虑输入饱和的船舶航向自动舵设计，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：306151