船舶航向反步自適應(yīng)控制方法研究.pdf

1、本文通過(guò)對(duì)反步法的學(xué)習(xí)和研究,設(shè)計(jì)了一種基于反步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。
　　 船舶航向控制器是船舶操縱運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域重要的研究課題,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。目前多數(shù)船舶航向控制器的設(shè)計(jì)仍采用了野本線性模型,然而,由于船舶航行中船舶的航速、裝載狀態(tài)、外界干擾等會(huì)時(shí)常發(fā)生變化,進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的水動(dòng)力非線性問(wèn)題,使得基于線性模型設(shè)計(jì)的控制器控制效

2、果變差。針對(duì)這一問(wèn)題,本文把反步自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到船舶航向運(yùn)動(dòng)控制中,通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知,所設(shè)計(jì)的船舶航向控制器較好的解決了這個(gè)問(wèn)題。
　　 本文首先對(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)。介紹了船舶航向操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型以及外界干擾數(shù)學(xué)模型。詳細(xì)闡述了自動(dòng)舵的控制原理。介紹了反步法的基本原理與近幾年的發(fā)展?fàn)顩r,詳細(xì)推導(dǎo)了用反步法設(shè)計(jì)控制器的過(guò)程,并用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論進(jìn)行了論證。以船舶航向控制為研究對(duì)

3、象,用反步法設(shè)計(jì)了船舶航向控制器,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。在設(shè)計(jì)過(guò)程中加入了積分器,以消除外界恒值干擾引起的靜態(tài)誤差?；？刂圃谔幚聿淮_定性系統(tǒng)中表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性,本文用反步法和滑?？刂葡嘟Y(jié)合的方法,以加入了舵機(jī)性能的船舶航向Norrbin一階非線性模型為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)了一種反步滑模航向控制器,通過(guò)仿真驗(yàn)證可知

4、,此方法比單純的經(jīng)典反步法在減小調(diào)節(jié)時(shí)間的同時(shí)對(duì)系統(tǒng)含有的不確定性具有更強(qiáng)的魯棒性,這說(shuō)明用反步滑?？刂品ㄌ幚砗蟹瞧ヅ洳淮_定性的非線性系統(tǒng)是有效的。
　　 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)的反步自適應(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了很好的仿真效果,