基于滑模變結(jié)構(gòu)的船舶航向控制研究.pdf

1、在現(xiàn)代船舶運(yùn)動系統(tǒng)中，船舶自動舵(亦稱自動操作駕駛儀)是船舶控制系統(tǒng)核心部分的重要裝置之一。自動舵的性能決定了船舶航行的安全性與經(jīng)濟(jì)性，也決定了是否能解決船舶動力定位、自動避障和船舶跟蹤航跡等問題，對于自動舵的研究一直是船舶控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)關(guān)注問題，也是世界船舶領(lǐng)域里最基本的研究課題。因此，通常人們將自動舵對船舶運(yùn)動控制的操縱性能作為評價(jià)船舶操縱性能好壞的指標(biāo)之一。隨著先進(jìn)導(dǎo)航設(shè)備的出現(xiàn)，人們對船舶的控制要求也越來越高了，船舶航跡控制將會

2、是主要的發(fā)展方向。由于船舶在航行中會受到風(fēng)、浪、流以及航行在淺水域、窄航道等環(huán)境中綜合擾動產(chǎn)生的不確定性；船舶運(yùn)動具有的非線性、時(shí)滯性、大慣性等特性以及航速、裝載變化產(chǎn)生模型的參數(shù)攝動等因素共同影響船舶的魯棒性控制。因此，強(qiáng)魯棒性也將是船舶航向控制器未來主要研究目標(biāo)。然而針對模糊控制與滑模變結(jié)構(gòu)控制本身都具有較強(qiáng)的魯棒性，將它們相結(jié)合可以得到一個(gè)優(yōu)勢互補(bǔ)的算法具有非常的重要意義，故在本文里研究船舶航向控制運(yùn)動將采用模糊理論與變結(jié)構(gòu)控制理

3、論，設(shè)計(jì)一種綜合型的智能控制器，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　　 本文對船舶運(yùn)動控制技術(shù)的研究背景、智能控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及自動舵控制策略的概況進(jìn)行了綜述。首先，分析了船舶操縱運(yùn)動平面方程以及動力學(xué)方程，建立了船舶運(yùn)動的非線性模型、響應(yīng)型模型以及風(fēng)、浪、流的干擾數(shù)學(xué)模型。其次，簡單介紹了船舶航向控制基本原理及性能指標(biāo)，同時(shí)也介紹了變結(jié)構(gòu)控制控理論基礎(chǔ)。在分析了變結(jié)構(gòu)控制存在抖振的基礎(chǔ)上，為使船舶能在不同海況下按所要求的改變船舶航向或者保持

4、航向穩(wěn)定狀態(tài)，提出了一種變結(jié)構(gòu)控制的算法。接著分析了船舶航向控制這一被控對象的特殊性，在此基礎(chǔ)上提出并設(shè)計(jì)了船舶航向變結(jié)構(gòu)控制器，通過仿真驗(yàn)證這種變結(jié)構(gòu)控制器相對于PID控制器有更強(qiáng)的魯棒性，為了達(dá)到一定程度上削弱抖振而不降低系統(tǒng)的魯棒性的目的，并且為了進(jìn)一步提高滑?？刂破鞯目刂菩阅?，又設(shè)計(jì)了模糊滑?？刂破?FSMC)。充分發(fā)揮模糊控制和滑模控制各自的優(yōu)點(diǎn)，有利于提高船舶航向控制系統(tǒng)的控制精度和快速響應(yīng)時(shí)間。本文最后給出了各個(gè)控制器的仿