船舶舵減橫搖系統(tǒng)非線性控制方法研究.pdf

1、舵減橫搖的最終控制目標是期望利用操舵運動同時控制航向和橫搖，即利用低頻的操舵運動保持船舶的航向和利用高頻的操舵運動減橫搖。對于同一艘船舶來說，當船舶航速、裝載和附著物等發(fā)生變化的時候模型參數(shù)都會發(fā)生改變，船舶運動具有本質非線性和不確定性。非線性和不確定性的存在，導致減搖效率下降。執(zhí)行器舵機飽和非線性也是影響舵減橫搖系統(tǒng)控制性能的原因之一。當系統(tǒng)進入飽和狀態(tài)時，任何超出執(zhí)行器飽和范圍的控制器輸出改變都不能對控制對象有任何作用，從而造成閉環(huán)

2、系統(tǒng)性能急劇下降。同時頻繁的操舵必然會給舵機帶來較大的損耗，在保證減搖率的情況下，減小動舵幅度和速度成為必須考慮的指標。本文將針對上述問題開展深入研究，將非線性控制與魯棒控制及智能控制融合來解決舵減橫搖系統(tǒng)中模型非線性、不確定性問題，及舵機飽和、磨損問題。
　　本研究深入分析研究了船舶的橫搖艏搖聯(lián)合控制問題，將閉環(huán)增益成形算法和精確反饋線性化方法結合。設計了船舶的橫搖控制器及艏搖控制器，并且在此基礎上，應用模糊優(yōu)化算法對橫搖和艏搖

3、控制舵角進行優(yōu)化分配。所提出的控制設計和優(yōu)化方法，以及參數(shù)求解方法簡單，適合工程應用。針對有界不確定的船舶舵減橫搖非線性系統(tǒng)，提出了一種改進的解析模型預測控制方法。將原非線性系統(tǒng)重定義為帶有不確定項的標稱系統(tǒng)模型，推導得出帶有不確定項的最優(yōu)控制律，并推導證明了所求控制規(guī)律有界，取其邊界值，給出了消除不確定項的改進解析模型預測控制。該控制方法不需要額外補償不確定項，就可實現(xiàn)對具有不確定項的非線性系統(tǒng)控制。最后，通過仿真驗證了該方法的有效性

4、。針對單輸入多輸出的橫向運動非線性不確定系統(tǒng)，提出了一種基于M-P逆的模糊自適應解析預測模型控制方法。通過引入M-P逆矩陣，實現(xiàn)輸入輸出不等的解析模型預測控制。采用模糊系統(tǒng)一致逼近預測控制律中的不確定項，根據(jù)系統(tǒng)的反饋誤差在線調整模糊系統(tǒng)的權系數(shù)。引入魯棒補償項，進一步減少模糊逼近誤差對系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的魯棒性?；贚yapunov穩(wěn)定原理，證明了閉環(huán)系統(tǒng)的最終一致有界穩(wěn)定。針對具有執(zhí)行器飽和約束的舵減橫搖系統(tǒng)，通過優(yōu)化執(zhí)行器飽和