船舶非線性航跡跟蹤控制器設(shè)計.pdf

1、密級公開單位代碼】Q15〕__號c類rD分U船舶非線性航跡跟蹤控制器設(shè)計王森指導(dǎo)教師杜佳璐職稱教授學(xué)位授予單位大連海事大學(xué)申請學(xué)位級別碩士學(xué)科與專業(yè)控制理論與控制工程論文完成日期2008年6月論文答辯日期2008年6月答辯委員會主席中文摘要摘要本文研究船舶航跡跟蹤控制問題。采用精確反饋線性化和BackstePping兩種非線性控制方法，設(shè)計了船舶航跡跟蹤控制器。船舶動態(tài)具有大慣性、時滯、非線性等特點船在航行中又易受風(fēng)、浪、流等環(huán)境因素的

2、影響，使得船舶航跡控制成為一個非線性控制問題。采用傳統(tǒng)PID控制策略及常規(guī)控制策略已遠(yuǎn)不能滿足控制性能和系統(tǒng)魯棒性的要求。因此，該領(lǐng)域仍存在需要進(jìn)一步研究的問題:一是船舶運動數(shù)學(xué)模型的非線性問題二是用于控制器設(shè)計的模型存在干擾問題。鑒于上述問題，如何將一些更為有效的控制算法應(yīng)用于船舶運動控制領(lǐng)域顯得更為重要。而非線性控制理論在各領(lǐng)域受到的廣泛重視為船舶的操縱控制提供了一種新的啟示。本文概述了非線性控制理論的發(fā)展歷程，特別討論了近20幾年

3、來最具代表性的、具有里程碑意義的兩種非線性設(shè)計方法，即精確反饋線性化方法和BackstePPing算法，并對兩種方法進(jìn)行了比較。此外，簡單介紹了Lyapunov穩(wěn)定性理論及精確反饋線性化方法和BackstePPing算法的設(shè)計原理。船舶運動模型是研究船舶運動控制的基礎(chǔ)，它存在嚴(yán)重的非線性。而許多研究船舶航跡控制的文獻(xiàn)大多采用線性船模，有些雖然采用非線性船模，但所得的控制效果有一定的局限。本文針對非線性船舶平面運動數(shù)學(xué)模型，首先基于精確反

4、饋線性化方法設(shè)計了船舶航跡跟蹤控制器。進(jìn)一步，考慮到船舶受到由慢變的風(fēng)、浪、流等環(huán)境因素引起的恒值干擾，針對帶有恒值擾動的非線性船舶平面運動數(shù)學(xué)模型，基于帶積分器的Backstepping控制算法設(shè)計了船舶航跡跟蹤控制器。最后，應(yīng)用Matlabsimulink仿真工具以一條模型船為對象，對用兩種方法所設(shè)計的控制器分別進(jìn)行計算機(jī)仿真研究，仿真結(jié)果表明，船舶實際航跡能夠跟蹤期望航跡，達(dá)到了滿意的控制效果，驗證了所設(shè)計控制器的有效性。關(guān)鍵詞: