動力定位船狀態(tài)反饋H∞切換控制的研究.pdf

1、隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，陸地礦產(chǎn)資源日益消失殆盡，人類開始把精力轉(zhuǎn)移到擁有地球總面積70％的海洋環(huán)境中，海洋石油資源的開采也由淺海逐漸向深海式發(fā)展，這就要求船舶可以在復(fù)雜變化的海洋環(huán)境下穩(wěn)定工作，所以有必要尋找一種控制策略在外界工況變化時(shí)，使得動力定位船可以安全航行。由于動力定位作業(yè)船只在航行作業(yè)過程中通常受到不確定性外界擾動的干擾，而H∞切換控制在處理這類不確定性問題以及干擾抑制方面有著突出的優(yōu)點(diǎn)，所以本文為動力定位船設(shè)計(jì)了一種狀態(tài)反饋

2、H?切換控制策略，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，根據(jù)切換規(guī)則提供的切換指令，選擇某一子系統(tǒng)的控制器來滿足控制需求，提高動力定位控制器適應(yīng)大范圍海況變化的能力。本文以動力定位船舶作為研究對象，引入一組魯棒H?切換控制器用于動力定位控制系統(tǒng)中，利用 Lyapunov函數(shù)證明了所設(shè)計(jì)的控制器組的漸近穩(wěn)定性。根據(jù)H?穩(wěn)定性理論，通過求解相應(yīng)的線性矩陣不等式(LMI)，推導(dǎo)出切換控制器的增益矩陣，進(jìn)而在變化的外界海洋環(huán)境下進(jìn)行船舶定點(diǎn)控制的仿真驗(yàn)證。

3、r>　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于船舶特性，建立船舶運(yùn)動的六自由度數(shù)學(xué)模型，包括運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)數(shù)學(xué)模型。然后，建立了包括風(fēng)、浪的一階干擾和二階干擾以及海流的數(shù)學(xué)模型，最后在MATLAB仿真環(huán)境下根據(jù)對某海況下船舶運(yùn)動的軌跡分析進(jìn)行了船舶運(yùn)動模型以及環(huán)境干擾模型的驗(yàn)證。⑵動力定位系統(tǒng)魯棒H∞控制器的設(shè)計(jì)。由于魯棒H∞控制器在抵抗擾動方面的優(yōu)越性能，本節(jié)為動力定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)了在某一海況下的魯棒H∞控制器，并與傳統(tǒng)所設(shè)計(jì)的控制器效果作對比，證明

4、了本文設(shè)計(jì)的控制器在抵抗擾動方面性能優(yōu)越。⑶海況連續(xù)變化下動力定位系統(tǒng)的狀態(tài)反饋H∞切換控制。以海浪有義波高值的變化作為標(biāo)準(zhǔn)，將每一級海況下的系統(tǒng)模型看作子系統(tǒng)，為每一個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與之對應(yīng)的控制器，根據(jù)切換規(guī)則，選擇與之對應(yīng)的子系統(tǒng)進(jìn)行工作，從而滿足在海況變化時(shí)系統(tǒng)的整體控制性能。由于實(shí)際船舶模型的不確定性存在，在先前模型中加入不確定性項(xiàng)，得到帶有不確定性補(bǔ)償輸入的動力定位切換系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)了一組狀態(tài)反饋控制器以及對應(yīng)的切換