欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的鎮(zhèn)定控制研究.pdf

1、如今在控制科學(xué)領(lǐng)域各國研究學(xué)者們主要關(guān)注的熱點(diǎn)問題是如何實(shí)現(xiàn)用較少的控制輸入達(dá)到對(duì)多自由度被控對(duì)象的控制，這類問題是一類欠驅(qū)動(dòng)控制問題。欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)指控制輸入數(shù)目比系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)變量或自由度數(shù)目少的系統(tǒng)。對(duì)欠驅(qū)動(dòng)船舶的研究意義在于不僅能降低系統(tǒng)費(fèi)，而且控制器的減少可減輕船舶重量。
　　本文研究關(guān)于欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的鎮(zhèn)定控制問題，且重點(diǎn)考慮了欠驅(qū)動(dòng)水面對(duì)稱船舶和欠驅(qū)動(dòng)水面不對(duì)稱船舶的鎮(zhèn)定。通常船舶只有左右對(duì)稱性，而沒有前后對(duì)稱性，這就意

2、味著數(shù)學(xué)模型中慣性參數(shù)矩陣M以及阻尼矩陣D(v)的非對(duì)角元素不為零。然而，現(xiàn)有的大量針對(duì)船舶鎮(zhèn)定控制研究的文獻(xiàn)中，都默認(rèn)船舶為對(duì)稱船舶，即船舶前后左右都對(duì)稱，也就是忽略了上述的非對(duì)角元素，弱化了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的耦合特性。本文將針對(duì)只具有螺旋槳以及舵機(jī)的水面船舶（即是欠驅(qū)動(dòng)水面船舶）分別展開欠驅(qū)動(dòng)對(duì)稱船舶和欠驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱船舶的鎮(zhèn)定控制研究。
　　本文以常規(guī)的水面船舶為研究對(duì)象，從運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性兩個(gè)方面介紹了三個(gè)自由度的水面船舶動(dòng)

3、態(tài)特性，并建立了欠驅(qū)動(dòng)對(duì)稱和不對(duì)稱船舶的數(shù)學(xué)模型。對(duì)欠驅(qū)動(dòng)水面對(duì)稱和不對(duì)稱船舶進(jìn)行微分同胚變換，并證明了只要其中是一個(gè)子系統(tǒng)能夠達(dá)到漸進(jìn)穩(wěn)定，即可說明整個(gè)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)穩(wěn)定。同時(shí)介紹了一類用全局指數(shù)穩(wěn)定控制法設(shè)計(jì)的控制律，此方法為欠驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱船舶鎮(zhèn)定控制的研究提供了分析的方法以及思路。
　　通過反步法和級(jí)聯(lián)系統(tǒng)理論結(jié)合，把經(jīng)過微分同胚變換后的欠驅(qū)動(dòng)水面船舶系統(tǒng)分解為兩個(gè)子系統(tǒng)經(jīng)積分環(huán)節(jié)串聯(lián)的方式，使用李雅普諾夫函數(shù)設(shè)計(jì)控制器穩(wěn)定