基于自抗擾的船舶航跡控制研究.pdf

1、隨著人類海洋工程活動的不斷增加，人們對裝備動力定位系統(tǒng)船舶的姿態(tài)和運(yùn)行航跡的控制要求越來越高。自抗擾控制技術(shù)是一種結(jié)合PID控制與現(xiàn)代控制理論精華的全新控制技術(shù)，是一種能夠抵抗外擾、不依賴精確數(shù)學(xué)模型、控制精度高、魯棒性強(qiáng)的控制方法，適合應(yīng)用于船舶運(yùn)動控制這樣具有強(qiáng)擾動、大慣性、大時滯的非線性系統(tǒng)。因此本文基于自抗擾控制技術(shù)研究船舶運(yùn)動中的航跡控制問題，并采用三維技術(shù)進(jìn)行仿真。
　　首先，根據(jù)剛體運(yùn)動學(xué)與剛體動力學(xué)基本方程，建立簡

2、化的控制用線性船舶運(yùn)動方程。建立影響船舶運(yùn)動的風(fēng)浪流數(shù)學(xué)模型，作為船舶運(yùn)動的外擾。與通過機(jī)理和辨識建模得到的精確船舶運(yùn)動模型進(jìn)行對比仿真，驗證簡化模型的正確性和船舶低速運(yùn)動時的精確性。
　　其次，研究線性自抗擾控制算法和航跡控制策略。研究自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)和原理。根據(jù)船舶運(yùn)動模型的特點，設(shè)計線性自抗擾控制器，解決自抗擾控制器參數(shù)繁多、非線性環(huán)節(jié)穩(wěn)定性不易證明的問題。采用三ω法，設(shè)置線性自抗擾控制器的參數(shù)，降低了自抗擾控制器參數(shù)設(shè)定

3、的難度。采用自抗擾控制思想中的安排過渡過程的方法，使船舶輸出量可以良好的跟隨系統(tǒng)的輸入量的變化，使船舶輸出量的導(dǎo)數(shù)與系統(tǒng)輸出量的導(dǎo)數(shù)近似相等，從而實現(xiàn)了既可以控制船舶運(yùn)動方位又可以控制船舶運(yùn)動速度和角速度的功能。并在MATLAB/Simulink中對船舶航跡控制運(yùn)動仿真進(jìn)行分析，驗證了自抗擾控制方法的有效性。
　　最后本文基于Unity3D引擎，設(shè)計了三維船舶航跡仿真程序和GUI界面，使仿真變得直觀形象。使用C＃語言編寫線性自抗擾