基于Backstepping的船舶航向航迹运动控制
发布时间：2021-11-01 03:36
随着世界各国之间的贸易不断加强,水面船舶作为主要的交通运输工具,对其性能要求进一步提高。在两港口远距离航行时以及一些特殊场合作业时,我们总是希望水面船只在航行时能够抵挡住海洋干扰按照事先设置好的航向、航迹信号精准行驶。因此,对船舶航向及航迹的研究控制是一项极具价值的课题。本文以水面船只为被控对象,采用Backstepping控制算法,设计船舶航向、航迹控制器,主要完成以下工作:1.根据船舶运动特点以及研究的侧重点不同,从动力学角度出发建立了船舶六自由度数学模型,并根据其运动特点进一步简化为平面三自由度模型。同时为了便于航向控制研究与分析,建立了 Norrbin非线性数学模型。2.针对船舶航向非线性系统中存在模型参数不确定的问题,利用自适应技术对Backstepping算法中参数进行自适应调节,获得了一种自适应Backstepping航向跟踪控制算法。3.在航向控制系统中,考虑到执行器输入饱和特性和模型参数不确定同时存在的情况,采用辅助设计系统和自适应Backstepping控制算法相结合的方法,设计了船舶航向抗饱和鲁棒控制器。4.给出一种鲁棒干扰观测器的系统性设计方法,同时考虑了系统的...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于参数设计的船舶航向目标轨迹控制器研究[J]. 牟丽莎,杨蓉松,张忠华. 舰船科学技术. 2018(20)
[2]带扰动观测器的船舶轨迹跟踪自适应动态面滑模控制[J]. 张晓玲,沈智鹏,毕艳楠. 船舶工程. 2018(07)
[3]随机风浪下船舶航速自适应控制[J]. 王珍. 舰船科学技术. 2018(08)
[4]基于航向控制的欠驱动船舶曲线航迹控制[J]. 马英凯,刘志林,冯江,刘健宇,王庭,付忠健. 应用科技. 2018(01)
[5]弹性高超声速飞行器抗输入饱和动态神经网络控制[J]. 赵贺伟,梁勇,杨秀霞. 系统工程与电子技术. 2017(04)
[6]具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制[J]. 杨青运,陈谋. 控制理论与应用. 2015(01)
[7]基于干扰观测器的不确定线性多变量系统控制[J]. 于哲,王璐,苏剑波. 自动化学报. 2014(11)
[8]基于干扰观测器的非线性不确定系统自适应滑模控制[J]. 于靖,陈谋,姜长生. 控制理论与应用. 2014(08)
[9]基于自适应滑模抗饱和控制及其应用[J]. 严路,何汉林,江梅. 华中科技大学学报(自然科学版). 2014(07)
[10]欠驱动船舶的运动规划和全局指数跟踪控制[J]. 王岩,朱齐丹,刘志林,杨震. 计算机工程与应用. 2013(05)
博士论文
[1]几类非完整与欠驱动系统的控制研究[D]. 黄金明.曲阜师范大学 2017
[2]具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制[D]. 杨青运.南京航空航天大学 2016
[3]基于观测器的抗干扰控制策略研究及性能评估[D]. 王璐.上海交通大学 2015
[4]欠驱动船舶运动的非线性鲁棒控制研究[D]. 王岩.哈尔滨工程大学 2013
[5]船舶航向运动非线性自适应及优化控制方法研究[D]. 胡忠辉.哈尔滨工程大学 2013
[6]欠驱动水面船舶运动的非线性控制研究[D]. 孟威.大连海事大学 2012
[7]欠驱动水面船舶航向、航迹非线性鲁棒控制研究[D]. 刘文江.山东大学 2012
[8]不确定非线性系统神经网络自适应跟踪控制[D]. 胡慧.湖南大学 2010
[9]饱和控制系统理论及应用研究[D]. 周丽明.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]随机波浪扰动下的船舶航向运动控制研究[D]. 王恒家.浙江海洋大学 2019
[2]船舶航向自适应Backstepping控制器设计与仿真[D]. 陈佳伟.大连海事大学 2018
[3]具有执行器饱和系统的控制研究[D]. 董秋阳.沈阳师范大学 2017
[4]模糊PID自动舵的设计与优化[D]. 罗会军.大连海事大学 2017
[5]支持向量机在船舶航向控制中的应用研究[D]. 张资林.吉林大学 2016
[6]船舶运动饱和控制[D]. 赵明英.大连海事大学 2014
[7]基于鲁棒神经网络的船舶航向控制研究[D]. 熊国玉.大连海事大学 2014
[8]基于反步法的欠驱动船舶直线航迹跟踪控制[D]. 张馨文.大连海事大学 2011
[9]船舶航向反步自适应控制方法研究[D]. 王金朋.哈尔滨工程大学 2011
[10]船舶运动建模与特性仿真研究[D]. 李修强.武汉理工大学 2010
本文编号：3469447
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１运动坐标系与固定坐标系??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｂｏｄｙ－ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｆｒａｍｅ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｅａｒｔｈ－ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｆｒａｍｅ??－７?－??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???３５?｜?｜?｜??３０?－?????２５?－?／??？?２〇?／?＿??Ｅ?／??＾?１５?－?／??１０?－?－??１?■??０?１?１?１?１???０?５０?１００?１５０?２００??时间ｔ／ｓ??图３．４航向角Ｙ变化曲线??Ｆｉｇ．?３．４?Ｓｈｉｐ?ｃｏｕｒｓｅ＾?ｃｈａｎｇｅ?ｃｕｒｖｅ??４０?１???．???３０?｜?－??２０??１０?■??ｏ?■?／Ｖ＾－??????－ｉ〇?Ｌｉ／?＞?■?■???０?５０?１００?１５０?２００??时间ｔ／ｓ??图３．?５控制舵角５变化曲线??Ｆｉｇ．?３．５?Ｃｏｎｔｒｏｌ?ｒｕｄｄｅｒ?ａｎｇｌｅ?８?ｃｈａｎｇｅ?ｃｕｒｖｅ??－２９?－??
?基于Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ的船舶航向航迹运动控制???由于对参考输入信号进行了滤波处理，可以看到舵角在合理范围内变化，符合实际??中操纵情况，由于加入了干扰控制曲线出现小幅抖动。上述仿真结果有效地验证了所设??计的控制律（３．３５）的航向保持性能。接下来，选取幅值为３０的正弦周期函数做参考输??入信号，同样加入海浪干扰进行仿真验证，得到如下结果：??４０?＇?＇?＇??真实航??３〇?－?￣＾目标航向??－４０??１?１?１?１???０?２００?４００?６００?８００?１０００??时间ｔ／ｓ??图３．?６航向跟踪曲线??Ｆｉｇ．?３．６?Ｔｈｅ?ｔｒａｃｋｉｎｇ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｃｏｕｒｓｅ??－３０?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于参数设计的船舶航向目标轨迹控制器研究[J]. 牟丽莎,杨蓉松,张忠华. 舰船科学技术. 2018(20)
[2]带扰动观测器的船舶轨迹跟踪自适应动态面滑模控制[J]. 张晓玲,沈智鹏,毕艳楠. 船舶工程. 2018(07)
[3]随机风浪下船舶航速自适应控制[J]. 王珍. 舰船科学技术. 2018(08)
[4]基于航向控制的欠驱动船舶曲线航迹控制[J]. 马英凯,刘志林,冯江,刘健宇,王庭,付忠健. 应用科技. 2018(01)
[5]弹性高超声速飞行器抗输入饱和动态神经网络控制[J]. 赵贺伟,梁勇,杨秀霞. 系统工程与电子技术. 2017(04)
[6]具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制[J]. 杨青运,陈谋. 控制理论与应用. 2015(01)
[7]基于干扰观测器的不确定线性多变量系统控制[J]. 于哲,王璐,苏剑波. 自动化学报. 2014(11)
[8]基于干扰观测器的非线性不确定系统自适应滑模控制[J]. 于靖,陈谋,姜长生. 控制理论与应用. 2014(08)
[9]基于自适应滑模抗饱和控制及其应用[J]. 严路,何汉林,江梅. 华中科技大学学报(自然科学版). 2014(07)
[10]欠驱动船舶的运动规划和全局指数跟踪控制[J]. 王岩,朱齐丹,刘志林,杨震. 计算机工程与应用. 2013(05)
博士论文
[1]几类非完整与欠驱动系统的控制研究[D]. 黄金明.曲阜师范大学 2017
[2]具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制[D]. 杨青运.南京航空航天大学 2016
[3]基于观测器的抗干扰控制策略研究及性能评估[D]. 王璐.上海交通大学 2015
[4]欠驱动船舶运动的非线性鲁棒控制研究[D]. 王岩.哈尔滨工程大学 2013
[5]船舶航向运动非线性自适应及优化控制方法研究[D]. 胡忠辉.哈尔滨工程大学 2013
[6]欠驱动水面船舶运动的非线性控制研究[D]. 孟威.大连海事大学 2012
[7]欠驱动水面船舶航向、航迹非线性鲁棒控制研究[D]. 刘文江.山东大学 2012
[8]不确定非线性系统神经网络自适应跟踪控制[D]. 胡慧.湖南大学 2010
[9]饱和控制系统理论及应用研究[D]. 周丽明.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]随机波浪扰动下的船舶航向运动控制研究[D]. 王恒家.浙江海洋大学 2019
[2]船舶航向自适应Backstepping控制器设计与仿真[D]. 陈佳伟.大连海事大学 2018
[3]具有执行器饱和系统的控制研究[D]. 董秋阳.沈阳师范大学 2017
[4]模糊PID自动舵的设计与优化[D]. 罗会军.大连海事大学 2017
[5]支持向量机在船舶航向控制中的应用研究[D]. 张资林.吉林大学 2016
[6]船舶运动饱和控制[D]. 赵明英.大连海事大学 2014
[7]基于鲁棒神经网络的船舶航向控制研究[D]. 熊国玉.大连海事大学 2014
[8]基于反步法的欠驱动船舶直线航迹跟踪控制[D]. 张馨文.大连海事大学 2011
[9]船舶航向反步自适应控制方法研究[D]. 王金朋.哈尔滨工程大学 2011
[10]船舶运动建模与特性仿真研究[D]. 李修强.武汉理工大学 2010
本文编号：3469447
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