基于黃金分割的船舶航向自適應(yīng)控制方法研究.pdf

1、本文通過(guò)對(duì)黃金分割法的學(xué)習(xí)和研究,設(shè)計(jì)了一種基于黃金分割法的船舶航向自適應(yīng)控制器,并在船舶模型參數(shù)出現(xiàn)攝動(dòng)和海浪干擾的情況下進(jìn)行了仿真研究。
　　 作為船舶運(yùn)動(dòng)控制的主要研究設(shè)計(jì)課題,船舶的航向控制器設(shè)計(jì)一直是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代社會(huì)中,船舶航行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性都與船舶的航向控制器都有重要的關(guān)系。國(guó)內(nèi)外的許多科研人員一直為改善船舶操縱性能而不懈的努力。在自適應(yīng)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程中,如何保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)是

2、非常重要的問(wèn)題。黃金分割自適應(yīng)控制就是主要針對(duì)此類問(wèn)題提出的。它是黃金分割與最小方差相結(jié)合的反饋控制策略。
　　 本文先對(duì)自動(dòng)舵的發(fā)展歷史、國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧和總結(jié)。在分析了船舶航向操縱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程基礎(chǔ)上建立了數(shù)學(xué)模型以及風(fēng)、浪、流的干擾數(shù)學(xué)模型。簡(jiǎn)單介紹了船舶航向控制的基本原理,同時(shí)研究傳統(tǒng)的PID自動(dòng)舵的數(shù)學(xué)模型及設(shè)計(jì)過(guò)程。詳細(xì)闡述了自動(dòng)舵的控制原理。首先介紹了最小方差的控制與原理并得到了最小方差控制,其

3、次介紹了黃金分割法的基本原理,詳細(xì)推導(dǎo)了用黃金分割法設(shè)計(jì)控制器的過(guò)程,這種方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,調(diào)試方便,魯棒性強(qiáng),過(guò)渡過(guò)程甲穩(wěn),易于工程實(shí)現(xiàn)。并根據(jù)Jury穩(wěn)定判據(jù),可以證明黃金分割與最小方差相結(jié)合的反饋控制策略對(duì)于不確定參數(shù)估值的穩(wěn)定性。特別是黃金分割自適應(yīng)控制,其能保證參數(shù)未知系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程階段,參數(shù)估計(jì)未收斂情況下閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定,對(duì)于控制性能要求一般的控制系統(tǒng),它不需要人在現(xiàn)場(chǎng)試湊控制器參數(shù)。以船舶航向控制為研究對(duì)象,用黃金分割法設(shè)計(jì)了船

4、舶航向控制器,為了便于學(xué)習(xí)和研究,首先設(shè)計(jì)了一種船舶模型參數(shù)已知的航向控制器,在取得滿意的仿真結(jié)果基礎(chǔ)上再對(duì)含有外界干擾和不確定參數(shù)的船舶模型設(shè)計(jì)自適應(yīng)航向控制器。
　　 對(duì)設(shè)計(jì)的船舶航向控制器在Matlab的Simulink工具箱下進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的黃金分割自適應(yīng)航向控制器能夠很好的跟蹤航向的變化,控制舵角變化合理,沒(méi)有出現(xiàn)頻繁打舵情況,特別是當(dāng)船舶模型參數(shù)出現(xiàn)大的攝動(dòng)時(shí),在控制器參數(shù)不變的情況下依然能取得