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原文传递基于模糊T-S模型的船舶舵减摇运动控制研究

论文题名：	基于模糊T-S模型的船舶舵减摇运动控制研究
关键词：	船舶舵;减摇控制;模糊T-S模型;暂态性能
摘要：	船舶在海面上航行时常常产生很大的横摇运动，横摇不但能使乘客晕船，降低工作效率而且会使船上摆放的货物互相摩擦、碰撞，不但影响船舶的操纵性，而且影响船舶航行的安全性。因此减摇控制一直是船舶运动控制中的一个重要研究课题，具有重要的工程价值。本文分析了舵减摇系统的研究现状以及存在的问题，以模糊T-S系统为研究基础，运用线性矩阵不等式、并行分布补偿等算法，结合区域稳定、H控制、自适应以及李雅普诺夫稳定性等理论方法，对船舶舵减摇控制系统进行了研究。本文的具体研究内容如下：　　第一，为了在满足一定性能指标或者控制效果的前提下，尽可能地减少舵机的磨损和能量的消耗，提出了舵减摇系统的带有输入限制的T-S模糊控制器的设计方法。将船舶运动方程中的非线性水动力系数看作随船速变化的不确定项，建立了船舶运动的非线性方程的模糊T-S模型，在利用并行分布补偿原理设计T-S模糊控制器的同时，对控制器的输入进行了限定，由于可以将控制器输入的限定条件很方便地转化为LMI的约束条件，因此很适合于实际工程的应用。仿真结果表明，与不加输入限制条件的模糊控制器相比较，带有输入限制的模糊控制器不仅在减摇效果上有了明显的提升，航向控制效果明显改善，而且控制器输出的舵角幅值也明显减小，降低了舵机的磨损和能量的消耗。　　第二，为了使舵减摇系统满足给定的暂态性能，利用区域稳定理论和李雅普诺夫稳定性理论，提出了非线性船舶横摇运动的带有区域稳定约束的T-S模糊控制器的设计方法。不但可以保证舵减摇系统的稳定性，而且通过将其模糊T-S系统的每个线性子系统的闭环极点全部落入到左半复平面上某个指定的区域，可以使舵减摇系统能够满足给定的暂态性能。　　第三，为了使舵减摇系统对海浪、海风、海流等的干扰的抑制能力满足给定的性能指标，提出了舵减摇控制系统的非线性H模糊控制器的设计方法。在相同的海况下，对比了单纯的模糊控制器和两种非线性H模糊控制器的减摇效果。这两种非线性H模糊控制器的抗干扰能力都明显优于单纯的模糊控制器，而设计条件相对保守的H模糊控制器的控制效果较差。　　第四，船舶运动的速度和加速度有些是不能直接测量的，为了解决以状态变量作为反馈变量所构成的状态反馈系统所带来的具体工程实现上的困难，设计了舵减摇系统的T-S模糊观测器。T-S模糊观测器是一种非线性观测器，适用于带有非线性水动力系数的舵减摇系统。同时，结合自适应理论，设计了基于模糊T-S模型的自适应模糊观测器，这种观测器不但具备T-S模糊观测器的优点，而且还可以对T-S模糊模型中的未建模动态进行估计。仿真结果表明，自适应模糊观测器能够避免观测结果出现抖动的现象，能够获得更好的观测效果。
作者：	张文颖
专业：	系统工程
导师：	彭秀艳
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文