船舶非線性航跡跟蹤控制器設計.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計王森指導教師杜佳璐職稱教授學位授予單位大連海事大學申請學位級別碩士學科與專業(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、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)控制策略已遠不能滿足控制性能和系統(tǒng)魯棒性的要求。因此，該領域仍存在需要進一步研究的問題:一是船舶運動數(shù)學模型的非線性問題二是用于控制器設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用于船舶運動控制領域顯得更為重要。而非線性控制理論在各領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計方法，即精確反饋線性化方法和BackstePPing算法，并對兩種方法進行了比較。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算法的設計原理。船舶運動模型是研究船舶運動控制的基礎，它存在嚴重的非線性。而許多研究船舶航跡控制的文獻大多采用線性船模，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)學模型，首先基于精確反

4、饋線性化方法設計了船舶航跡跟蹤控制器。進一步，考慮到船舶受到由慢變的風、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)學模型，基于帶積分器的Backstepping控制算法設計了船舶航跡跟蹤控制器。最后，應用Matlabsimulink仿真工具以一條模型船為對象，對用兩種方法所設計的控制器分別進行計算機仿真研究，仿真結果表明，船舶實際航跡能夠跟蹤期望航跡，達到了滿意的控制效果，驗證了所設計控制器的有效性。關鍵詞: