船舶航向保持中的混沌及魯棒控制.pdf

1、船舶是一個多變量耦合、非線性、大時滯、大慣性的復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)；船舶航速的變化以及裝載增減造成模型參數(shù)的變化；并且航行環(huán)境的干擾，如海浪產(chǎn)生艏向的高頻振蕩，從本質(zhì)上也可轉(zhuǎn)換成船舶模型的參數(shù)和結(jié)構(gòu)的攝動。這些因素使得船舶在航向保持控制過程中，可能會出現(xiàn)混沌運(yùn)動。混沌運(yùn)動對船舶航向保持起了消極破壞作用，將導(dǎo)致船舶偏離航向或失控。因此，判斷船舶運(yùn)動過程中是否出現(xiàn)混沌以及能否控制混沌，對研究航向保持控制具有很重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 本文首先

2、介紹了混沌的定義、混沌的特征和_些典型的混沌方程及其相圖，討論了通向混沌的道路及混沌的判別方法，并給出了航向保持控制系統(tǒng)的船舶廣義數(shù)學(xué)模型。然后，由于該運(yùn)動模型與受迫型Duffing方程的相似性，借鑒Holmes對Duffing方程的研究方法，利用微分動力系統(tǒng)理論、分岔理論和混沌理論等來研究船舶航向保持控制，驗(yàn)證了該過程中能出現(xiàn)混沌現(xiàn)象：系統(tǒng)存在大于0的Lyapunov指數(shù)、分?jǐn)?shù)維、連續(xù)的功率譜。最后，設(shè)計非線性控制器，應(yīng)用于船舶航向保

3、持中的混沌控制：利用精確反饋線性化原理，將船舶廣義模型非線性部分對消，加上一個線性控制器，其中線性控制器的設(shè)計采用閉環(huán)增益成形算法。該算法具有設(shè)計過程簡單、物理意義明顯的優(yōu)點(diǎn)。 本文通過Matlab的Simulink工具箱對控制結(jié)果進(jìn)行了仿真，給出了加入白噪聲和±10％的模型攝動下，轉(zhuǎn)艏角速度和船艏向角隨時間的變化曲線。仿真結(jié)果表明，設(shè)計的非線性控制器有較強(qiáng)的魯棒性，可以成功抑制船舶航向保持控制中的混沌現(xiàn)象，并使系統(tǒng)具有較好的航