動力定位船舶非線性自適應控制研究.pdf

1、本課題以動力定位船舶為研究對象，基于矢量backstepping設(shè)計工具、動態(tài)面控制技術(shù)、自適應控制和神經(jīng)網(wǎng)絡逼近等理論，考慮外部擾動、模型參數(shù)存在不確定性、狀態(tài)反饋/輸出反饋等情況，對動力定位船舶航跡跟蹤控制和定位控制等一系列問題進行了系統(tǒng)的研究。結(jié)合船舶控制，參與研制完成了一套船舶操縱與推進仿真系統(tǒng)。主要研究工作包括以下四個方面:
　　1.針對受到未知時變擾動作用的動力定位船舶航跡跟蹤控制問題，考慮含有科氏向心矩陣和非線性阻尼

2、項的船舶運動數(shù)學模型，構(gòu)造自適應擾動觀測器，用于提供未知擾動的估計;同時將構(gòu)造的擾動觀測器與矢量backstepping方法相結(jié)合，設(shè)計船舶航跡跟蹤魯棒控制律。理論分析證明了所設(shè)計的控制律能使船舶跟蹤任意航跡同時保證閉環(huán)系統(tǒng)中所有信號一致最終有界。仿真計算結(jié)果表明所給出的控制方法對外部擾動具有魯棒性，驗證了控制方案的有效性。
　　2.針對船舶參數(shù)已知、遭受未知時變擾動的船舶動力定位控制問題，采用動態(tài)面控制技術(shù)改進傳統(tǒng)的矢量back

3、stepping設(shè)計方法，通過引進一階濾波器代替了對中間虛擬控制量求導項，可避免復雜計算，簡化控制律的結(jié)構(gòu)，更易于在船舶動力定位系統(tǒng)中實現(xiàn)。研究外部擾動界已知/未知、狀態(tài)反饋/輸出反饋等不同情形，分別引入含基于σ-修正的泄露項的參數(shù)自適應律和高增益觀測器設(shè)計控制律，借助Lyapunov函數(shù)證明所設(shè)計的控制律能驅(qū)動船舶達到設(shè)定的目標位置，同時保證閉環(huán)系統(tǒng)中所有信號一致最終有界。以一艘供給船舶為研究對象仿真驗證了所設(shè)計的控制方法的有效性。<

4、br>　　3.針對船舶參數(shù)、外部擾動均未知的船舶動力定位控制問題，采用矢量backstepping設(shè)計工具與神經(jīng)網(wǎng)絡逼近器相結(jié)合的方法設(shè)計自適應狀態(tài)反饋控制律;進一步，在船舶速度不可測的情況下，利用動態(tài)面控制技術(shù)改進傳統(tǒng)的矢量backstepping設(shè)計方法，將神經(jīng)網(wǎng)絡、狀態(tài)觀測器相結(jié)合，設(shè)計船舶動力定位自適應輸出反饋控制律，借助Lyapunov函數(shù)證明了閉環(huán)系統(tǒng)中所有信號一致最終有界。以一艘動力定位船舶作為仿真對象，仿真結(jié)果表明:設(shè)計

5、的控制策略能驅(qū)動船舶到達指定位置，所用神經(jīng)網(wǎng)絡具有良好的逼近性能，驗證了所設(shè)計的控制方案的有效性。
　　4.結(jié)合船舶控制研究，參與研制生成了船舶操縱與推進裝置聯(lián)合智能控制仿真系統(tǒng):采用CAN-bus、以太網(wǎng)、MATLAB、VC++編程等技術(shù)和工具在實驗室環(huán)境下搭建了系統(tǒng)仿真平臺。該仿真系統(tǒng)既能作為教學演示系統(tǒng)也能為研究先進船舶控制算法、艦船綜合船橋系統(tǒng)前期論證提供開發(fā)平臺。實驗結(jié)果表明，該仿真系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，有利于預先檢驗控制系