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基于T-S模型的舵减横摇控制方法的研究
| 论文题名： | 基于T-S模型的舵减横摇控制方法的研究 |
| 关键词： | 舵减横摇;T-S模型;PID控制器;并行分配补偿法;线性矩阵不等式 |
| 摘要： | 如何更好的减小船舶横摇已经是现代船舶运动控制领域中一个非常重要的研究课题。由于在海面上船舶会受到各种因素的干扰，比如海风、海浪等，船舶运动就会变得非常复杂，一般产生六个自由度摆荡运动。在极其不好的海况条件下，船舶在海上运行和工作会产生巨大的安全威胁。舵减横摇装置作为一种较新的减摇装置，由于不像减摇鳍减摇水舱的建造成本高，占用体积大，相反却能降低减摇的成本，减小占用船体空间等优点，国内外的专家学者已经在该项技术上进行了大量的研究，并且已经在某些舰船上进行了安装应用。舵减横摇技术应用到船舶系统当中，已经获得了较好的效果，在保证船舶上的设备正常工作的同时，还改善了人们在船舶上的适应性和安全性。 本文首先根据船舶在复杂海况下的运动特性及受力情况，对舵减横摇系统进行了分析，建立非线性的船舶模型，并对海浪干扰力和干扰力矩进行了建模仿真。然后对舵减横摇控制系统设计传统的PID控制器，在MATLAB中对该系统进行仿真验证。在PID控制器设计的基础之上，结合T-S模糊理论，给出了T-S模糊PID控制器的设计方法，并且进行了仿真验证，取得了比较满意的减摇效果。基于T-S模型的模糊PID控制器正是利用T-S模型的优势，它实际上是一种非线性的控制器，但是在局部采用的是线性PID控制。因此利用线性设计来实现非线性的控制。 针对船舶非线性横向运动方程参数不确定性和舵机幅值饱和问题，基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型，设计出了一类考虑输入限制的T-S模糊控制器。为了达到更好的减摇效果，设计了一类考虑输出限制的T-S模糊控制器。利用并行分布补偿法（PDC）设计船舶舵减横摇控制系统的T-S模型的模糊控制器。基于Lyapunov稳定性理论，证明给出了闭环T-S模糊控制系统在全局渐进稳定的条件。在此基础上，提出了带有输入限制和输出限制的线性矩阵不等式（LMI）条件。将控制器输入限制约束条件和输出限制的约束条件分别连同基于 Lyapunov稳定性条件一起，转化为线性矩阵不等式（LMI）可行性问题，根据求解线性矩阵不等式(LMI)的优化方法，求解给出模糊控制器的增益。仿真试验结果验证了T-S模糊控制器设计方法的可行性与有效性，引入输入限制的控制器，在减小横摇的同时降低了舵角输出的幅值，减小了舵机的磨损。引入输出限制的控制器获得了更好的减摇效果。该控制方法具有重要的实际应用价值。 |
| 作者： | 唐立志 |
| 专业： | 系统工程 |
| 导师： | 彭秀艳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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