基于滑模的船舶直线航迹控制设计及优化

发布时间：2017-08-09 22:05

  本文关键词：基于滑模的船舶直线航迹控制设计及优化

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【摘要】：近些年来,针对船舶直线航迹控制的研究受到国内外专家、学者的广泛关注。船舶直线航迹控制研究可以改善船舶控制效率,保证航行安全,并且能够缩减航次时间、减少能源消耗,所以,针对船舶直线航迹控制的研究具有显著的意义。 本文的研究对象是船舶直线航迹跟踪控制,采用的控制算法为滑模变结构。由于船舶的航迹控制比较复杂,直接设计控制律较困难。本文通过滑模变结构控制算法将控制对象依次转换,最终转换到对船舶的航速及舵角的控制层面。本文的航迹跟踪控制设计中的积分项内部加入了微分项,使得在控制过程中避免超调的出现,使得控制过程更加稳定。 由于在现实中的船舶操纵性并非一成不变,且外界环境存在较多变化。因此,若控制器内部参数不变无法达到控制效果的要求。本文利用滑模嵌套设计将控制器内部参数关系固定,从而能够达到同时优化而不影响控制品质。在此基础上,将设计参数与船舶控制输入输出建立一定函数关系,使得控制参数可以随着控制效果进行自动优化,最终实现既满足舵角不可过大,又能够较快的回归计划航迹线控制要求。 本文应用MATLAB中的Simulink软件设计了船舶直线航迹跟踪控制仿真程序,通过仿真证明了该控制设计具有良好的航迹控制效果,且对外届风、浪、流等干扰具有较强的鲁棒性。同时,仿真结果表明,控制器的参数自动优化功能能够满足控制效果的自我完善要求。
【关键词】：欠驱动船舶 直线航迹控制 滑模控制 参数自动优化
【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;U675
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状综述10-12
• 1.3 研究内容12-13
• 1.4 采取的研究方案13-14
• 第2章 船舶运动数学模型14-24
• 2.1 船舶运动方程14-18
• 2.1.1 坐标系与运动参数14-16
• 2.1.2 平面内船舶运动方程的建立16-18
• 2.1.3 舵机特性数学模型18
• 2.2 船舶运动数学模型18-21
• 2.2.1 船舶运动控制系统状态方程18
• 2.2.2 无外界干扰情况下的船舶运动数学模型18-20
• 2.2.3 有风流干扰情况下的船舶运动数学模型20-21
• 2.3 船舶直线航迹跟踪控制系统特点21-22
• 2.3.1 船舶直线航迹跟踪控制特性21-22
• 2.3.2 控制系统模型的特性22
• 2.3.3 假设条件22
• 2.4 小结22-24
• 第3章 船舶直线航迹运动控制设计24-33
• 3.1 直线航迹控制设计24-28
• 3.1.1 滑模控制设计24-26
• 3.1.2 控制律设计26-27
• 3.1.3 稳定性分析27-28
• 3.2 MATLAB仿真结果与分析28-32
• 3.2.1 无外界干扰情况下的船舶航迹控制仿真结果与分析29-30
• 3.2.2 定常流干扰情况下船舶航迹控制仿真结果与分析30
• 3.2.3 定常流和非定常风干扰情况下船舶航迹控制仿真结果与分析30-32
• 3.3 小结32-33
• 第4章 船舶航迹控制参数在线优化33-41
• 4.1 控制参数在线优化方案33-36
• 4.1.1 控制参数物理意义33-34
• 4.1.2 控制参数在线自整定34-36
• 4.2 船舶直线航迹控制仿真及分析36-39
• 4.2.1 初始参数设定对于控制效果的影响36-38
• 4.2.2 不同操纵性情况下控制器控制效果仿真与分析38-39
• 4.3 小结39-41
• 第5章 结论与展望41-42
• 参考文献42-47
• 致谢47-48
• 作者简介48

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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中国博士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：647495