基于滑模的欠驱动水面船舶编队控制

发布时间：2017-08-10 01:18

  本文关键词：基于滑模的欠驱动水面船舶编队控制

  更多相关文章： 滑模控制器 编队控制 航迹跟踪 欠驱动船舶

【摘要】：近年来,随着航运应用的普及和发展,水面船舶编队控制已经引起了广泛的研究兴趣。水面船舶编队系统,基于自动化技术,可以使行进中的编队里的每个独立船舶,在航向、速度和相对位姿上都精确地达到期望要求,从而实现独立水面船舶很难完成的复杂任务。水面船舶编队控制技术无论是应用在军用领域还是民用领域,都有很大的应用潜力,其的研究具有很强的理论意义和应用价值。本文基于滑模控制理论与反馈控制方法,对欠驱动水面船舶的编队控制问题进行详细研究：一、欠驱动船舶编队控制问题描述。水面欠驱动船舶运动状态采用二维坐标系近似描述形式,给出了大地坐标系和局部体坐标系及其坐标转换关系。并研究了欠驱动船舶运动控制数学描述方法,即欠驱动船舶动力学方程和运动学方程。进而设计船舶编队控制框架,它包括两个主要控制问题,即领导者跟踪期望航迹问题和跟随者与领导者保持编队队形问题。二、针对领导者跟踪期望航迹控制问题,首先通过虚拟船舶给出领导者船舶的期望航迹,然后建立领导者船舶与期望航迹的运动学误差方程,并基于滑模控制理论为领导者船舶设计航迹跟踪控制器,实现对期望航迹的跟踪控制,同时满足对海风、海浪和洋流等外界扰动的抑制要求,最后,通过仿真实验验证所设计的控制器一致收敛的有效性。三、针对跟随者与领导者保持编队队形问题,将编队控制问题转化为船舶之间保持固定距离和航向角的问题。考虑领导者船舶与跟随者船舶航行时的位置与速度关系,设计编队误差方程,并基于滑模理论为跟随者船舶设计编队控制器,保证船舶间的相对距离和相对航向角达到期望要求,并推导控制器李亚普诺夫稳定性条件,最后仿真验证控制器有效性。四、结合航迹跟踪控制器与编队控制器,实现船舶编队整体跟踪期望轨迹运动和队形保持。针对系统存在的模型参数不确定性和外界海洋环境扰动问题,进行分析讨论和仿真验证。五、总结论文期间所做工作,对详细分析了论文期间所遇到的难点问题,总结论文存在的不足和有待进一步解决的问题。
【关键词】：滑模控制器 编队控制 航迹跟踪 欠驱动船舶
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U675.79
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.3 存在的问题与不足14
• 1.4 本文的主要工作与内容14-16
• 第二章 欠驱动船舶编队控制问题描述16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 欠驱动船舶运动的数学方程16-19
• 2.2.1 参考坐标系16-18
• 2.2.2 欠驱动船舶的运动学方程18
• 2.2.3 欠驱动船舶的动力学方程18-19
• 2.3 欠驱动船舶运动的控制问题19-20
• 2.3.1 问题描述19
• 2.3.2 控制目标19-20
• 2.4 预备知识20-25
• 2.4.1 李雅普诺夫稳定性20-22
• 2.4.2 滑模变结构控制22-24
• 2.4.3 船舶参数不确定性24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 欠驱动船舶航迹跟踪控制器的设计26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 问题描述26-28
• 3.3 控制器设计28-32
• 3.3.1 推进力控制律F的设计28-29
• 3.3.2 转矩控制律T的设计29-32
• 3.4 稳定性分析32-33
• 3.5 仿真结果33-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第四章 欠驱动船舶编队控制器的设计37-52
• 4.1 引言37
• 4.2 问题描述37-41
• 4.3 控制器设计41-46
• 4.3.1 编队控制运动学41-42
• 4.3.2 编队控制动力学42-46
• 4.4 稳定性分析46-47
• 4.5 结果仿真47-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第五章 船舶编队控制的仿真52-59
• 5.1 引言52
• 5.2 航行中的编队控制仿真52-57
• 5.3 本章小节57-59
• 结论59-60
• 参考文献60-65
• 致谢65

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本文编号：648206