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执行机构滞后的动力定位船控制方法研究
| 论文题名： | 执行机构滞后的动力定位船控制方法研究 |
| 关键词： | 海洋开发船;动力定位;模糊控制;反步滑模 |
| 摘要： | 海洋资源成为现今主流资源之一，人们对其重视不断加大，动力定位技术也随之备受青睐。动力定位系统是由测量装置收集测量信号，控制系统根据测量信号给出控制量，使得执行机构产生推力和力矩用于抵抗风，浪，流等外界干扰，实现对船舶或海洋平台的定点控制、航迹等任务。由于执行机构本身的机械结构和物理特性，以及控制器与执行机构间的数据传输等因素，推进器从最大负向力到最大正向力存在过度时间，并且推进器响应指令是动态过程，每步采样时间内增量有限，造成执行机构接收到控制命令后，不能立即响应，出现时滞现象。执行机构时滞会产生超调量变大，稳定时间增加的后果，甚至出现振荡，发散，不稳定的情况，本文针对执行机构的时滞特性研究控制方法。 本研究首先针对水面船舶进行三自由度数学建模，将执行机构引起的时滞等效变换成控制输入时滞，对风，浪，流等环境干扰因素进行建模，并对船舶运动数学模型进行仿真验证。其次，船舶在水面运动会受到环境中高频和低频叠加的干扰，控制器通过船舶的位置变化来产生控制指令，为了避免响应一阶波浪的干扰，使执行机构只对外部缓慢变化的环境力进行响应，分别设计自适应滑模估计滤波器和非线性估计滤波器，来滤除位置和艏向中的高频干扰，这样可以避免执行机构磨损及能源浪费，并且能对无法测量的状态量进行估计。滤波效果与Kalman滤波效果进行仿真比较分析。最后，将反步法与滑模控制相结合，设计反步滑模控制器。并且对其进行稳定性分析，并与常规PID和常规滑模控制进行仿真对比分析。基于反步法设计自适应律，结合模糊控制，设计自适应模糊控制器，由于模糊控制不要求准确的数学模型，这样具有自适应性和鲁棒性，可以适用于时滞系统，应用MATLAB对所设计的自适应模糊控制器进行仿真研究，并与常规PID控制效果进行了对比分析。 |
| 作者： | 焦金鹏 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 夏国清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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