動(dòng)力定位船舶非線性自適應(yīng)控制研究.pdf

1、本課題以動(dòng)力定位船舶為研究對象，基于矢量backstepping設(shè)計(jì)工具、動(dòng)態(tài)面控制技術(shù)、自適應(yīng)控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近等理論，考慮外部擾動(dòng)、模型參數(shù)存在不確定性、狀態(tài)反饋/輸出反饋等情況，對動(dòng)力定位船舶航跡跟蹤控制和定位控制等一系列問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)合船舶控制，參與研制完成了一套船舶操縱與推進(jìn)仿真系統(tǒng)。主要研究工作包括以下四個(gè)方面:
　　1.針對受到未知時(shí)變擾動(dòng)作用的動(dòng)力定位船舶航跡跟蹤控制問題，考慮含有科氏向心矩陣和非線性阻尼

2、項(xiàng)的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造自適應(yīng)擾動(dòng)觀測器，用于提供未知擾動(dòng)的估計(jì);同時(shí)將構(gòu)造的擾動(dòng)觀測器與矢量backstepping方法相結(jié)合，設(shè)計(jì)船舶航跡跟蹤魯棒控制律。理論分析證明了所設(shè)計(jì)的控制律能使船舶跟蹤任意航跡同時(shí)保證閉環(huán)系統(tǒng)中所有信號一致最終有界。仿真計(jì)算結(jié)果表明所給出的控制方法對外部擾動(dòng)具有魯棒性，驗(yàn)證了控制方案的有效性。
　　2.針對船舶參數(shù)已知、遭受未知時(shí)變擾動(dòng)的船舶動(dòng)力定位控制問題，采用動(dòng)態(tài)面控制技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)的矢量back

3、stepping設(shè)計(jì)方法，通過引進(jìn)一階濾波器代替了對中間虛擬控制量求導(dǎo)項(xiàng)，可避免復(fù)雜計(jì)算，簡化控制律的結(jié)構(gòu)，更易于在船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。研究外部擾動(dòng)界已知/未知、狀態(tài)反饋/輸出反饋等不同情形，分別引入含基于σ-修正的泄露項(xiàng)的參數(shù)自適應(yīng)律和高增益觀測器設(shè)計(jì)控制律，借助Lyapunov函數(shù)證明所設(shè)計(jì)的控制律能驅(qū)動(dòng)船舶達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)位置，同時(shí)保證閉環(huán)系統(tǒng)中所有信號一致最終有界。以一艘供給船舶為研究對象仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制方法的有效性。<

4、br>　　3.針對船舶參數(shù)、外部擾動(dòng)均未知的船舶動(dòng)力定位控制問題，采用矢量backstepping設(shè)計(jì)工具與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近器相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)自適應(yīng)狀態(tài)反饋控制律;進(jìn)一步，在船舶速度不可測的情況下，利用動(dòng)態(tài)面控制技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)的矢量backstepping設(shè)計(jì)方法，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、狀態(tài)觀測器相結(jié)合，設(shè)計(jì)船舶動(dòng)力定位自適應(yīng)輸出反饋控制律，借助Lyapunov函數(shù)證明了閉環(huán)系統(tǒng)中所有信號一致最終有界。以一艘動(dòng)力定位船舶作為仿真對象，仿真結(jié)果表明:設(shè)計(jì)

5、的控制策略能驅(qū)動(dòng)船舶到達(dá)指定位置，所用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的逼近性能，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制方案的有效性。
　　4.結(jié)合船舶控制研究，參與研制生成了船舶操縱與推進(jìn)裝置聯(lián)合智能控制仿真系統(tǒng):采用CAN-bus、以太網(wǎng)、MATLAB、VC++編程等技術(shù)和工具在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建了系統(tǒng)仿真平臺。該仿真系統(tǒng)既能作為教學(xué)演示系統(tǒng)也能為研究先進(jìn)船舶控制算法、艦船綜合船橋系統(tǒng)前期論證提供開發(fā)平臺。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該仿真系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，有利于預(yù)先檢驗(yàn)控制系