具有指定控制性能的船舶航向保持控制研究.pdf

1、隨著造船技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步和世界航運(yùn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，船舶趨向于專業(yè)化、大型化、自動(dòng)化及高速化，對(duì)船舶操縱、控制性能的要求越來(lái)越高，對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)控制地研究也就顯得越來(lái)越重要。其中，船舶航向保持控制研究成為船舶運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。船舶在海上航行過(guò)程中，由于裝載狀態(tài)、航速等變化的影響和風(fēng)、浪、流等外界因素的干擾，使船舶航向保持控制系統(tǒng)具有非線性、不確定性等特點(diǎn)。因此，對(duì)其控制性能的進(jìn)一步研究具有重要的實(shí)際意義。
　　本文基于Lyap

2、unov穩(wěn)定性理論、Barbalat引理、Nussbaum不變性引理和Backstepping技術(shù)，針對(duì)一類不確定嚴(yán)反饋非線性系統(tǒng)，提出了新的控制算法，解決了閉環(huán)系統(tǒng)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)控制性能無(wú)法預(yù)先指定的問(wèn)題。所提出的控制算法具有魯棒性強(qiáng)、物理意義明顯的特點(diǎn)。
　　針對(duì)系統(tǒng)中存在的漂移不確定問(wèn)題，定義一種新型的Lyapunov分段連續(xù)可微函數(shù)，設(shè)計(jì)了一種魯棒λ調(diào)節(jié)控制算法，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差收斂到預(yù)先指定的區(qū)域內(nèi)。
　　針對(duì)系

3、統(tǒng)中存在的符號(hào)已知時(shí)變控制增益不確定問(wèn)題，提出了一種更普遍、更有效的魯棒λ調(diào)節(jié)控制算法，能夠同時(shí)處理漂移不確定和控制增益不確定問(wèn)題，使所有信號(hào)滿足一致最終有界且跟蹤誤差最終收斂于預(yù)先指定的區(qū)域內(nèi)。
　　針對(duì)系統(tǒng)中存在的符號(hào)未知控制增益不確定問(wèn)題，構(gòu)建一種新的Nussbaum穩(wěn)定性引理，提出一種能夠有效處理時(shí)變控制增益不確定的魯棒λ調(diào)節(jié)控制算法，能夠同時(shí)處理漂移不確定和控制增益不確定問(wèn)題，使所有信號(hào)滿足一致最終有界且跟蹤誤差最終收斂

4、于預(yù)先指定的區(qū)域內(nèi)。
　　針對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的暫態(tài)/穩(wěn)態(tài)控制性能問(wèn)題，通過(guò)引入性能函數(shù)將考慮暫態(tài)/穩(wěn)態(tài)控制性能的約束系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為無(wú)約束的一類嚴(yán)反饋非線性系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種同時(shí)考慮暫態(tài)/穩(wěn)態(tài)控制性能的控制算法。該算法不僅能夠保證閉環(huán)系統(tǒng)輸出誤差最終收斂于一個(gè)預(yù)先指定的區(qū)域內(nèi)，而且還可以保證系統(tǒng)滿足預(yù)先指定的暫態(tài)性能。
　　最后將研究結(jié)果應(yīng)用于船舶航向保持控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)實(shí)際控制器。利用Matlab進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所有控制算法的