基于模糊T-S模型的船舶舵減搖運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、船舶在海面上航行時(shí)常常產(chǎn)生很大的橫搖運(yùn)動(dòng)，橫搖不但能使乘客暈船，降低工作效率而且會(huì)使船上擺放的貨物互相摩擦、碰撞，不但影響船舶的操縱性，而且影響船舶航行的安全性。因此減搖控制一直是船舶運(yùn)動(dòng)控制中的一個(gè)重要研究課題，具有重要的工程價(jià)值。本文分析了舵減搖系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題，以模糊T-S系統(tǒng)為研究基礎(chǔ)，運(yùn)用線性矩陣不等式、并行分布補(bǔ)償?shù)人惴?，結(jié)合區(qū)域穩(wěn)定、H控制、自適應(yīng)以及李雅普諾夫穩(wěn)定性等理論方法，對(duì)船舶舵減搖控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

2、本文的具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　第一，為了在滿足一定性能指標(biāo)或者控制效果的前提下，盡可能地減少舵機(jī)的磨損和能量的消耗，提出了舵減搖系統(tǒng)的帶有輸入限制的T-S模糊控制器的設(shè)計(jì)方法。將船舶運(yùn)動(dòng)方程中的非線性水動(dòng)力系數(shù)看作隨船速變化的不確定項(xiàng)，建立了船舶運(yùn)動(dòng)的非線性方程的模糊T-S模型，在利用并行分布補(bǔ)償原理設(shè)計(jì)T-S模糊控制器的同時(shí)，對(duì)控制器的輸入進(jìn)行了限定，由于可以將控制器輸入的限定條件很方便地轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)MI的約束條件，因此很適合于實(shí)際

3、工程的應(yīng)用。仿真結(jié)果表明，與不加輸入限制條件的模糊控制器相比較，帶有輸入限制的模糊控制器不僅在減搖效果上有了明顯的提升，航向控制效果明顯改善，而且控制器輸出的舵角幅值也明顯減小，降低了舵機(jī)的磨損和能量的消耗。
　　第二，為了使舵減搖系統(tǒng)滿足給定的暫態(tài)性能，利用區(qū)域穩(wěn)定理論和李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，提出了非線性船舶橫搖運(yùn)動(dòng)的帶有區(qū)域穩(wěn)定約束的T-S模糊控制器的設(shè)計(jì)方法。不但可以保證舵減搖系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且通過(guò)將其模糊T-S系統(tǒng)的每個(gè)線

4、性子系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)全部落入到左半復(fù)平面上某個(gè)指定的區(qū)域，可以使舵減搖系統(tǒng)能夠滿足給定的暫態(tài)性能。
　　第三，為了使舵減搖系統(tǒng)對(duì)海浪、海風(fēng)、海流等的干擾的抑制能力滿足給定的性能指標(biāo)，提出了舵減搖控制系統(tǒng)的非線性H模糊控制器的設(shè)計(jì)方法。在相同的海況下，對(duì)比了單純的模糊控制器和兩種非線性H模糊控制器的減搖效果。這兩種非線性H模糊控制器的抗干擾能力都明顯優(yōu)于單純的模糊控制器，而設(shè)計(jì)條件相對(duì)保守的H模糊控制器的控制效果較差。
　　第四

5、，船舶運(yùn)動(dòng)的速度和加速度有些是不能直接測(cè)量的，為了解決以狀態(tài)變量作為反饋?zhàn)兞克鶚?gòu)成的狀態(tài)反饋系統(tǒng)所帶來(lái)的具體工程實(shí)現(xiàn)上的困難，設(shè)計(jì)了舵減搖系統(tǒng)的T-S模糊觀測(cè)器。T-S模糊觀測(cè)器是一種非線性觀測(cè)器，適用于帶有非線性水動(dòng)力系數(shù)的舵減搖系統(tǒng)。同時(shí)，結(jié)合自適應(yīng)理論，設(shè)計(jì)了基于模糊T-S模型的自適應(yīng)模糊觀測(cè)器，這種觀測(cè)器不但具備T-S模糊觀測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)，而且還可以對(duì)T-S模糊模型中的未建模動(dòng)態(tài)進(jìn)行估計(jì)。仿真結(jié)果表明，自適應(yīng)模糊觀測(cè)器能夠避免觀測(cè)結(jié)