基于模糊T-S模型的船舶舵減搖運動控制研究.pdf

1、船舶在海面上航行時常常產(chǎn)生很大的橫搖運動，橫搖不但能使乘客暈船，降低工作效率而且會使船上擺放的貨物互相摩擦、碰撞，不但影響船舶的操縱性，而且影響船舶航行的安全性。因此減搖控制一直是船舶運動控制中的一個重要研究課題，具有重要的工程價值。本文分析了舵減搖系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及存在的問題，以模糊T-S系統(tǒng)為研究基礎，運用線性矩陣不等式、并行分布補償?shù)人惴ǎY合區(qū)域穩(wěn)定、H控制、自適應以及李雅普諾夫穩(wěn)定性等理論方法，對船舶舵減搖控制系統(tǒng)進行了研究。

2、本文的具體研究內(nèi)容如下：
　　第一，為了在滿足一定性能指標或者控制效果的前提下，盡可能地減少舵機的磨損和能量的消耗，提出了舵減搖系統(tǒng)的帶有輸入限制的T-S模糊控制器的設計方法。將船舶運動方程中的非線性水動力系數(shù)看作隨船速變化的不確定項，建立了船舶運動的非線性方程的模糊T-S模型，在利用并行分布補償原理設計T-S模糊控制器的同時，對控制器的輸入進行了限定，由于可以將控制器輸入的限定條件很方便地轉(zhuǎn)化為LMI的約束條件，因此很適合于實際

3、工程的應用。仿真結果表明，與不加輸入限制條件的模糊控制器相比較，帶有輸入限制的模糊控制器不僅在減搖效果上有了明顯的提升，航向控制效果明顯改善，而且控制器輸出的舵角幅值也明顯減小，降低了舵機的磨損和能量的消耗。
　　第二，為了使舵減搖系統(tǒng)滿足給定的暫態(tài)性能，利用區(qū)域穩(wěn)定理論和李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，提出了非線性船舶橫搖運動的帶有區(qū)域穩(wěn)定約束的T-S模糊控制器的設計方法。不但可以保證舵減搖系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且通過將其模糊T-S系統(tǒng)的每個線

4、性子系統(tǒng)的閉環(huán)極點全部落入到左半復平面上某個指定的區(qū)域，可以使舵減搖系統(tǒng)能夠滿足給定的暫態(tài)性能。
　　第三，為了使舵減搖系統(tǒng)對海浪、海風、海流等的干擾的抑制能力滿足給定的性能指標，提出了舵減搖控制系統(tǒng)的非線性H模糊控制器的設計方法。在相同的海況下，對比了單純的模糊控制器和兩種非線性H模糊控制器的減搖效果。這兩種非線性H模糊控制器的抗干擾能力都明顯優(yōu)于單純的模糊控制器，而設計條件相對保守的H模糊控制器的控制效果較差。
　　第四

5、，船舶運動的速度和加速度有些是不能直接測量的，為了解決以狀態(tài)變量作為反饋變量所構成的狀態(tài)反饋系統(tǒng)所帶來的具體工程實現(xiàn)上的困難，設計了舵減搖系統(tǒng)的T-S模糊觀測器。T-S模糊觀測器是一種非線性觀測器，適用于帶有非線性水動力系數(shù)的舵減搖系統(tǒng)。同時，結合自適應理論，設計了基于模糊T-S模型的自適應模糊觀測器，這種觀測器不但具備T-S模糊觀測器的優(yōu)點，而且還可以對T-S模糊模型中的未建模動態(tài)進行估計。仿真結果表明，自適應模糊觀測器能夠避免觀測結