基于滑模自抗扰的船舶航向航迹跟踪控制
发布时间：2021-12-21 19:00
本文采用了分数阶滑模理论和自抗扰控制理论相结合的方法,对船舶航向保持控制和航迹跟踪控制进行研究,旨在解决欠驱动船舶航向航迹控制问题,并提高船舶控制器在航向、航迹控制方面的控制精度,减少系统的超调量,提高系统的抗干扰能力,通过仿真验证可知,所设计的控制器能够实现对目标的快速精确跟踪,抗干扰性好,鲁棒性强。1.船舶航向保持控制器的设计:采用含有非线性项的Norrbin模型精确描述船舶运动性能,利用分数阶微积分算子构造出分数阶滑模面,增加系统稳定性,加快收敛速度;考虑到滑模变结构控制中出现的抖振问题,引入分数阶指数趋近律来减弱抖振现象;结合非线性船舶运动数学模型,设计出具有较强鲁棒性和抗干扰性的分数阶滑模航向保持控制律;针对系统内部不稳定性和外界干扰,采用自抗扰控制算法中的线性扩张状态观测器对总扰动进行实时估计和补偿,并通过设计线性自抗扰控制算法中的误差反馈控制律,实现自抗扰控制算法与滑模变结构控制算法的结合,得出基于分数阶滑模自抗扰的船舶航向保持控制器,提高了航向保持控制器的控制精度和抗干扰性。2.船舶航迹跟踪控制器的设计:利用双曲正切函数,建立期望船艏向角方程,通过跟踪期望船艏向角,来实...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 船舶航向控制研究现状
1.2.2 船舶航迹跟踪控制研究现状
1.2.3 分数阶滑模研究现状
1.3 课题研究意义
1.4 本文创新点与组织结构
2 基础知识
2.1 船舶运动数学模型
2.1.1 船舶运动坐标系
2.1.2 船舶运动数学模型
2.2 分数阶微积分
2.2.1 分数阶微积分定义
2.2.2 分数阶微积分的性质
2.2.3 分数阶系统的求解
2.3 滑模变结构控制
2.3.1 基本原理
2.3.2 抖振问题
2.3.3 分数阶滑模控制器设计及稳定性分析
2.4 自抗扰控制
2.4.1 自抗扰控制概述
2.4.2 自抗扰控制系统结构
2.5 本章小结
3 分数阶滑模自抗扰航向保持控制器设计及仿真
3.1 问题描述
3.2 航向保持控制器设计
3.2.1 分数阶滑模航向保持控制器设计
3.2.2 分数阶滑模自抗扰航向保持控制器设计
3.3 仿真结果分析
3.4 对比验证分析
3.5 本章小节
4 基于改进型自抗扰分数阶滑模航迹跟踪控制器设计及仿真
4.1 问题描述
4.2 航迹跟踪控制器设计
4.2.1 跟踪微分器
4.2.2 改进型线性扩张状态观测器
4.2.3 非线性误差反馈控制律设计
4.3 仿真与结果分析
4.3.1 直线航迹仿真
4.3.2 曲线航迹仿真
4.4 本章小结
5 结论与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自抗扰的反步非奇异终端滑模船舶航向控制器设计[J]. 李伟,宁君,李悦琪. 船舶工程. 2019(11)
[2]无人船航向闭环成形滤波L2增益鲁棒控制[J]. 关巍,孙静海,李翔,任志浩. 西北工业大学学报. 2019(05)
[3]欠驱动船舶轨迹跟踪控制设计[J]. 刘勇,卜仁祥,李强. 计算机仿真. 2019(05)
[4]波浪作用下船舶航向自抗扰控制设计及参数配置[J]. 李荣辉,曹峻海,李铁山. 控制理论与应用. 2018(11)
[5]Guest Editorial for Special Issue on Fractional Order Systems and Controls[J]. YangQuan Chen,Dingyü Xue,Antonio Visioli. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2016(04)
[6]基于非奇异终端滑模的船舶航迹跟踪自抗扰控制[J]. 秦朝宇,李伟,宁君,孙建. 上海海事大学学报. 2016(03)
[7]分数阶微积分在滑模控制中的应用特性[J]. 宋申民,邓立为,陈兴林. 中国惯性技术学报. 2014(04)
[8]基于分数阶滑模控制技术的永磁同步电机控制[J]. 张碧陶,皮佑国. 控制理论与应用. 2012(09)
[9]基于自抗扰控制技术的船舶直线航迹控制器设计[J]. 刘文江,隋青美,周风余. 山东大学学报(工学版). 2010(06)
[10]欠驱动水面船舶运动控制研究综述[J]. 郭晨,汪洋,孙富春,沈智鹏. 控制与决策. 2009(03)
博士论文
[1]磁通解耦型磁力变速永磁无刷电机无位置传感器自抗扰控制研究[D]. 孙佃升.上海大学 2019
[2]感应电机无速度传感器分数阶滑模控制系统研究[D]. 缪仲翠.兰州交通大学 2018
[3]粒子群优化分数阶控制器及欠驱动船舶航向控制研究[D]. 李光宇.大连海事大学 2016
[4]基于组合导航数据的欠驱动船舶航迹规划及滑模控制研究[D]. 张闯.大连海事大学 2016
[5]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
硕士论文
[1]船舶航向与航迹积分滑模自抗扰保持控制[D]. 邱峰.大连海事大学 2018
[2]基于DSC-MLP的船舶直线航迹自动舵自适应神经网络控制[D]. 宁君.大连海事大学 2013
本文编号：3545003
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 船舶航向控制研究现状
1.2.2 船舶航迹跟踪控制研究现状
1.2.3 分数阶滑模研究现状
1.3 课题研究意义
1.4 本文创新点与组织结构
2 基础知识
2.1 船舶运动数学模型
2.1.1 船舶运动坐标系
2.1.2 船舶运动数学模型
2.2 分数阶微积分
2.2.1 分数阶微积分定义
2.2.2 分数阶微积分的性质
2.2.3 分数阶系统的求解
2.3 滑模变结构控制
2.3.1 基本原理
2.3.2 抖振问题
2.3.3 分数阶滑模控制器设计及稳定性分析
2.4 自抗扰控制
2.4.1 自抗扰控制概述
2.4.2 自抗扰控制系统结构
2.5 本章小结
3 分数阶滑模自抗扰航向保持控制器设计及仿真
3.1 问题描述
3.2 航向保持控制器设计
3.2.1 分数阶滑模航向保持控制器设计
3.2.2 分数阶滑模自抗扰航向保持控制器设计
3.3 仿真结果分析
3.4 对比验证分析
3.5 本章小节
4 基于改进型自抗扰分数阶滑模航迹跟踪控制器设计及仿真
4.1 问题描述
4.2 航迹跟踪控制器设计
4.2.1 跟踪微分器
4.2.2 改进型线性扩张状态观测器
4.2.3 非线性误差反馈控制律设计
4.3 仿真与结果分析
4.3.1 直线航迹仿真
4.3.2 曲线航迹仿真
4.4 本章小结
5 结论与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自抗扰的反步非奇异终端滑模船舶航向控制器设计[J]. 李伟,宁君,李悦琪. 船舶工程. 2019(11)
[2]无人船航向闭环成形滤波L2增益鲁棒控制[J]. 关巍,孙静海,李翔,任志浩. 西北工业大学学报. 2019(05)
[3]欠驱动船舶轨迹跟踪控制设计[J]. 刘勇,卜仁祥,李强. 计算机仿真. 2019(05)
[4]波浪作用下船舶航向自抗扰控制设计及参数配置[J]. 李荣辉,曹峻海,李铁山. 控制理论与应用. 2018(11)
[5]Guest Editorial for Special Issue on Fractional Order Systems and Controls[J]. YangQuan Chen,Dingyü Xue,Antonio Visioli. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2016(04)
[6]基于非奇异终端滑模的船舶航迹跟踪自抗扰控制[J]. 秦朝宇,李伟,宁君,孙建. 上海海事大学学报. 2016(03)
[7]分数阶微积分在滑模控制中的应用特性[J]. 宋申民,邓立为,陈兴林. 中国惯性技术学报. 2014(04)
[8]基于分数阶滑模控制技术的永磁同步电机控制[J]. 张碧陶,皮佑国. 控制理论与应用. 2012(09)
[9]基于自抗扰控制技术的船舶直线航迹控制器设计[J]. 刘文江,隋青美,周风余. 山东大学学报(工学版). 2010(06)
[10]欠驱动水面船舶运动控制研究综述[J]. 郭晨,汪洋,孙富春,沈智鹏. 控制与决策. 2009(03)
博士论文
[1]磁通解耦型磁力变速永磁无刷电机无位置传感器自抗扰控制研究[D]. 孙佃升.上海大学 2019
[2]感应电机无速度传感器分数阶滑模控制系统研究[D]. 缪仲翠.兰州交通大学 2018
[3]粒子群优化分数阶控制器及欠驱动船舶航向控制研究[D]. 李光宇.大连海事大学 2016
[4]基于组合导航数据的欠驱动船舶航迹规划及滑模控制研究[D]. 张闯.大连海事大学 2016
[5]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
硕士论文
[1]船舶航向与航迹积分滑模自抗扰保持控制[D]. 邱峰.大连海事大学 2018
[2]基于DSC-MLP的船舶直线航迹自动舵自适应神经网络控制[D]. 宁君.大连海事大学 2013
本文编号：3545003
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