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基于变结构自抗扰的船舶航迹保持控制
| 论文题名： | 基于变结构自抗扰的船舶航迹保持控制 |
| 关键词： | 船舶航迹控制;变结构自抗扰;降维方程;航向控制器;位置坐标 |
| 摘要： | 作为海上承载工具船舶正逐步趋于大型化、自动化及高速化，效率提升的同时，对船舶操控性的要求也越来越高。普通水面船舶在海上航行时是欠驱动性的，会因为航速、装载状态、机械结构以及内外环境干扰导致船舶控制系统具有不确定性、控制输入饱和、横漂问题及不稳定性。为解决上述船舶操控问题，文章基于变结构自抗扰控制技术对船舶航迹控制进行了研究，具体研究内容包括: 1.船舶航迹保持控制设计的研究:采用间接航迹保持控制的设计方法，构建降维方程（期望船首向角函数）得出能让航迹偏差收敛为0的期望船首向角，设计航向控制器，以得到的期望船首向角为控制输入对船舶航向进行控制，进而达到控制航迹的目的。如果不考虑对航向角的控制，则按照直接航迹保持控制方法，根据船舶在大地坐标系上的位置坐标设计控制器对航迹偏差直接控制，通过改变状态变量变换控制目标，将跟踪问题转化为镇定问题，省去输入信号的的跟踪微分环节，简化了控制器的结构。 2.变结构自抗扰控制算法的研究:通过对非线性自抗扰控制器的扩张状态观测器(ESO)和状态误差反馈控制率两部分进行变结构设计，得出新的变结构自抗扰控制器，改造部分的可调参数降到了2个。为进一步简化控制器，仅对状态误差反馈控制率进行变结构设计，扩张状态观测器只进行简单的线性变换处理，得到的LESO可调参数仅为一个。变结构设计后的控制器可以对被控模型不确定的系统进行控制，在整个控制过程中实时观测补偿扰动，当系统进入滑动模态后不再受内外扰动影响，同时这种设计降低了系统可调参数的数量，改善了控制性能。但因为滑模面的引入导致系统抖振问题的发生，为此文章引入光滑继电函数和改进的指数趋近律来消减抖振。 3.以大连海事大学教学实习船“育龙”轮为仿真对象，基于在Matlab中Simulink环境下搭建的非线性船舶运动模型进行船舶航迹保持控制仿真实验，验证所设计控制方法的有效性。 |
| 作者： | 孙建 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 李伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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