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基于高阶滑模的船舶直线航迹控制
| 论文题名： | 基于高阶滑模的船舶直线航迹控制 |
| 关键词： | 航迹保持;高阶滑模;超螺旋算法;稳定性;鲁棒性;船舶控制 |
| 摘要： | 随着航运经济的逐渐复苏与兴盛，船舶控制的自动化需求渐渐提高，对船舶操纵的经济性、精确性和安全性要求也愈来愈高。常规水面船舶的航迹保持控制设计具有模型的高度非线性、不确定性以及易受风流干扰等难点，所以，对船舶直线航迹保持控制的研究具有显著的理论和实践意义。 在众多控制理论中，滑模控制理论具有非常好的鲁棒性和抗干扰性，控制律构造简单，且容易工程实现，已经广泛应用在船舶航迹保持控制问题的研究。而高阶滑模更是拓展了普通滑模的设计方法，能有效地削弱系统因增益切换带来的抖振。由于船舶航迹保持控制具有欠驱动特性，本文在考虑船舶运动控制自身的非线性特点和高阶滑模适用领域的前提下，研究并设计了基于高阶滑模理论的船舶直线航迹保持控制器。针对船舶航迹保持控制运动模型的复杂性，在方法设计过程中，利用变结构的思想将被控对象进行变换，把航迹保持控制问题依次转换到对船舶的舵角进行控制问题，再将PI控制算法和超螺旋算法相结合，并在算法中加入积分项抵消干扰带来的影响，分别设计出在无干扰情况的理想模型下和有风、流、浪等外界因素情况下仍具有航迹保持特性的控制律。 本文通过对设计的控制算法进行稳定性分析，理论上证明所设计的控制律能够使航迹偏差最终稳定收敛到零。并且在计算机仿真软件MATLAB的Simulink模块进行验证实验，仿真结果表明，在无干扰和存在风、流、浪等干扰的情况下，本文基于高阶滑模理论设计的直线航迹控制器均能够保证航迹跟踪误差在有限时间内收敛，短时间内平滑地跟踪上预定轨迹，表现出较好的稳态误差和动态控制性能，跟踪曲线变化平稳无抖震，具有良好的稳定性。可见该控制器对外界风、流、浪等干扰表现出鲁棒性，航迹保持控制效果良好，具有一定的理论研究意义。 |
| 作者： | 蔡成 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 卜仁祥;饶滚金 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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