基于扰动观测器的欠驱动船舶鲁棒航迹跟踪控制研究
发布时间：2021-03-07 10:37
为了切实保障船舶的航行安全,同时提升船舶运营的经济效益,人们对船舶运动控制提出了更高的要求。性能良好的航迹跟踪控制器,不仅可以避免执行器磨损,缩短航程,节省燃料,而且在大风浪环境中具有较强的鲁棒性。常见的商船大多具有欠驱动模型特性,故研究一类针对欠驱动模型的高性能控制器对国产船舶自动化具有重要的促进作用。欠驱动船舶作为一种特殊的非线性系统,具有大惯性、强耦合、非完整约束以及模型参数不确定等一系列非线性特性。针对如此复杂的非线性系统,控制器设计难点除克服其本身非线性特性外还需要对外界干扰进行补偿。故提出一种行之有效且符合航海实际的控制策略具有现实意义。本文针对欠驱动水面船舶的航迹跟踪控制问题,考虑了船舶模型参数不确定及海洋环境扰动的干扰,基于扰动观测器提出了一种改进的鲁棒航迹跟踪控制器。采用参数估计法,对船舶模型参数摄动的上界进行估计。通过对海洋环境扰动的状态进行重构,从而实现对外界干扰的精确观测。随后,结合Backstepping方法及动态面（Dynamic Surface Control DSC）技术设计了一种改进的鲁棒航迹控制器,使得船舶能够对参考轨迹进行精确跟踪,避免了对虚拟控制...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１惯性坐标系和附体坐标系??Ｆｉｇ．２．１?Ｉｎｅｒｔｉａｌ?ａｎｄ?ｂｏｄｙ－ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??
?第２章船舶运动控制理论基础???能控制。非线性控制是当前控制理论的重点研究领域，并取得了一些重要成果ＨＳ＃］。??稳定性是控制系统最重要的特征之一，控制系统的稳定与否不但能够决定其任务??的完成度，而且对实际工程应用的安全性也至关重要。因此，如何判断一个系统??的稳定与否及怎样改善其稳定性，是系统分析和设计的一个重要问题。１８９２年，??俄国数学家Ａ．Ｍ丄ｙａｐｉｍｏｖ在其论文《运动稳定性的－般性问题》提出了两种判断??系统稳定性的方法（间接法和直接法）。这两种方法已成为研究非线性控制系统稳??定性最有效且较为实用的方法。本节将对论文所涉及的直接法进行详细介绍。??２．?３．?１稳定性的概念??考虑如下非线性动力学系统??ｉ?＝?／（ｘ，〇?（２．１８）??式中，１?＝?［１１，１２，?—?＼］１￡口＂为《＼１的状态向量；／是以１为自变量的非线性向量??函数，／为时间且／ｅ□。状态向量的一个特定值称为一个点，其随时间变化所连成??的线即为状态轨迹。此外，状态数》称为系统的阶。??定义２．１如果＜／；）一旦处于某个状态；且在未来的时间内一直保持在七，那么??状态，称为系统的一个平衡点。即??ｆ（ｘｅ，ｌ）＾０，ｙｉ＞ｔ０?（２．１９）??愈．一７＾??ｙ?＾歇??图２．?３渐近稳定的状态轨线??Ｆｉｇ．２．３?Ｓｔａｔｅ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｏｆ?ａｓｙｍｐｔｏｔｉｃ?ｓｔａｂｉｌｉｔｙ??？?１２－??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于T-S模糊理论的船舶动力定位系统控制器设计[J]. 乔志刚,熊薇薇. 舰船科学技术. 2018(14)
[2]基于PID算法的船舶航迹自动控制方法[J]. 冯哲,张燕菲. 舰船科学技术. 2018(12)
[3]基于非线性扰动观测器的永磁同步电机单环预测控制[J]. 刘旭东,李珂,张奇,张承慧. 中国电机工程学报. 2018(07)
[4]基于DSC和MLP的欠驱动船舶自适应滑模轨迹跟踪控制[J]. 沈智鹏,王茹. 系统工程与电子技术. 2018(03)
[5]有向图中基于扰动观测器的线性多智能体系统一致性[J]. 杨东岳,梅杰. 自动化学报. 2018(06)
[6]欠驱动船舶神经网络自适应路径跟踪控制[J]. 杨迪,郭晨,朱玉华,付思. 智能系统学报. 2018(02)
[7]欠驱动水面船舶的有限时间航迹跟踪控制[J]. 王昱棋,李铁山. 哈尔滨工程大学学报. 2017(05)
[8]欠驱动水面船舶的轨迹跟踪模型预测控制器[J]. 柳晨光,初秀民,王乐,谢朔,吴青. 上海交通大学学报. 2015(12)
[9]基于高增益观测器的船舶航迹鲁棒跟踪控制[J]. 王虎军,王璐. 中国造船. 2015(03)
[10]基于状态观测器的多艘船舶鲁棒同步控制[J]. 丁福光,马燕芹,王元慧,李江军. 哈尔滨工程大学学报. 2015(06)
博士论文
[1]欠驱动水面船舶航迹自抗扰控制研究[D]. 李荣辉.大连海事大学 2013
[2]基于动态神经模糊模型的欠驱动水面船舶运动控制[D]. 汪洋.大连海事大学 2010
本文编号：3068928
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１惯性坐标系和附体坐标系??Ｆｉｇ．２．１?Ｉｎｅｒｔｉａｌ?ａｎｄ?ｂｏｄｙ－ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??
?第２章船舶运动控制理论基础???能控制。非线性控制是当前控制理论的重点研究领域，并取得了一些重要成果ＨＳ＃］。??稳定性是控制系统最重要的特征之一，控制系统的稳定与否不但能够决定其任务??的完成度，而且对实际工程应用的安全性也至关重要。因此，如何判断一个系统??的稳定与否及怎样改善其稳定性，是系统分析和设计的一个重要问题。１８９２年，??俄国数学家Ａ．Ｍ丄ｙａｐｉｍｏｖ在其论文《运动稳定性的－般性问题》提出了两种判断??系统稳定性的方法（间接法和直接法）。这两种方法已成为研究非线性控制系统稳??定性最有效且较为实用的方法。本节将对论文所涉及的直接法进行详细介绍。??２．?３．?１稳定性的概念??考虑如下非线性动力学系统??ｉ?＝?／（ｘ，〇?（２．１８）??式中，１?＝?［１１，１２，?—?＼］１￡口＂为《＼１的状态向量；／是以１为自变量的非线性向量??函数，／为时间且／ｅ□。状态向量的一个特定值称为一个点，其随时间变化所连成??的线即为状态轨迹。此外，状态数》称为系统的阶。??定义２．１如果＜／；）一旦处于某个状态；且在未来的时间内一直保持在七，那么??状态，称为系统的一个平衡点。即??ｆ（ｘｅ，ｌ）＾０，ｙｉ＞ｔ０?（２．１９）??愈．一７＾??ｙ?＾歇??图２．?３渐近稳定的状态轨线??Ｆｉｇ．２．３?Ｓｔａｔｅ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｏｆ?ａｓｙｍｐｔｏｔｉｃ?ｓｔａｂｉｌｉｔｙ??？?１２－??
?第３章欠驱动船舶扰动观测器???ｄ?／＂?＞??￣￣￣￣＾ｇ）?？?Ｇｒ｛ｓ）???？??八一??￡?Ｖ?Ｊ??／?Ｎ??￣￣??Ｇ；⑷?＜——???＇?Ｖ．?／??图３．１扰动观测器的结构??Ｆｉｇ．３．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ?ｏｂｓｅｒｖｅｒ??３．?１．２?—种扰动观测器的设计方法??以文献［５７］中所示的机械手臂非线性系统为参考研究对象，设计了一种改进的??非线性观测器来实现对干扰状态的重构和估计。??具有两节连杆的机械手臂模型为：??ｊ（ｅ）ｅ?＋?Ｇ（ｄ，ｅ）＾Ｔ＋ｄ?（３．２）??式中，０ｅ［］２为机械手臂的位置向量，６￡口２为速度向量，ｊｅ［］２为机械手臂的??控制输入，２为外界干扰向量。??非线性观测器的设计过程如下：??（１）初始观测器??由式（３．２）得??ｄ＾Ｊ｛ｅ）ｅ?＋?Ｇ（６，ｄ）－Ｔ?（３．３）??如果外界干扰随时间是缓慢变化的，即ｊ?＝?〇。则非线性观测器设计如下：??ｄ?＝?－Ｌ（ｅ，ｅ）ｄ?＋?Ｌ（ｅ，ｄ）［ｊ?（ｅ）ｅ＋Ｇ（ｅ，ｅ）－Ｔ＾?（３．４）??式中，ｌ为增益系数，且满足??－１６－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于T-S模糊理论的船舶动力定位系统控制器设计[J]. 乔志刚,熊薇薇. 舰船科学技术. 2018(14)
[2]基于PID算法的船舶航迹自动控制方法[J]. 冯哲,张燕菲. 舰船科学技术. 2018(12)
[3]基于非线性扰动观测器的永磁同步电机单环预测控制[J]. 刘旭东,李珂,张奇,张承慧. 中国电机工程学报. 2018(07)
[4]基于DSC和MLP的欠驱动船舶自适应滑模轨迹跟踪控制[J]. 沈智鹏,王茹. 系统工程与电子技术. 2018(03)
[5]有向图中基于扰动观测器的线性多智能体系统一致性[J]. 杨东岳,梅杰. 自动化学报. 2018(06)
[6]欠驱动船舶神经网络自适应路径跟踪控制[J]. 杨迪,郭晨,朱玉华,付思. 智能系统学报. 2018(02)
[7]欠驱动水面船舶的有限时间航迹跟踪控制[J]. 王昱棋,李铁山. 哈尔滨工程大学学报. 2017(05)
[8]欠驱动水面船舶的轨迹跟踪模型预测控制器[J]. 柳晨光,初秀民,王乐,谢朔,吴青. 上海交通大学学报. 2015(12)
[9]基于高增益观测器的船舶航迹鲁棒跟踪控制[J]. 王虎军,王璐. 中国造船. 2015(03)
[10]基于状态观测器的多艘船舶鲁棒同步控制[J]. 丁福光,马燕芹,王元慧,李江军. 哈尔滨工程大学学报. 2015(06)
博士论文
[1]欠驱动水面船舶航迹自抗扰控制研究[D]. 李荣辉.大连海事大学 2013
[2]基于动态神经模糊模型的欠驱动水面船舶运动控制[D]. 汪洋.大连海事大学 2010
本文编号：3068928
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