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，設計船舶航跡跟蹤魯棒控制律。理論分析證明了所設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計控制律，借助Lyapunov函數(shù)證明所設計的控制律能驅(qū)動船舶達到設定的目標位置，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設計工具與神經(jīng)網(wǎng)絡逼近器相結(jié)合的方法設計自適應狀態(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設計方法，將神經(jīng)網(wǎng)絡、狀態(tài)觀測器相結(jié)合，設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