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船舶动力定位系统智能自抗扰控制研究
| 论文题名： | 船舶动力定位系统智能自抗扰控制研究 |
| 关键词： | 船舶动力定位系统;自抗扰控制器;切换算法;RBF神经网络 |
| 摘要： | 海上环境的复杂性以及船舶数学模型的不确定性，使船舶在动力定位控制中受到的外部扰动和内部扰动影响较大。同时，随着人类对海洋的不断探索，要完成海洋钻井平台定位、海底管道和电缆铺设等复杂任务，对动力定位精度的要求日益提高。因此，如何提高船舶动力定位控制系统的控制性能一直备受关注。本文研究了船舶动力定位系统智能自抗扰控制问题，完成的主要工作如下: (1)建立船舶动力定位系统的仿真模型，包括动力定位船舶数学模型、外界环境干扰数学模型、以及系统未建模动态数学模型。建立的仿真模型考虑到了动力定位控制中受到的外部扰动和内部扰动，为后续的仿真验证提供有效的依据。 (2)自抗扰控制器(ADRC)可通过扩张状态观测器估计未知扰动，并对系统给予补偿，达到很好的抑制扰动作用。然而，非线自抗扰控制器(NLADRC)的抗扰范围有限、参数整定困难，而线性自抗扰控制器(LADRC)的控制精度欠佳。针对这一问题，本文设计了一种线性/非线性自抗扰切换(SADRC)的船舶动力定位控制器，该方法能够兼容LADRC和NLADRC的优点，达到理想的控制效果。最后，分别以北海救“115”救助船舶和一艘系泊储油轮为仿真对象进行了仿真验证。仿真结果表明，SADRC具有更高的控制精度和抗扰能力。 (3)线性/非线性自抗扰切换算法在切换时刻会出现振荡问题，同时，非线性状态反馈控制律存在“小误差，大增益;大误差，小增益”的特点，影响了线性/非线性自抗扰切换控制器的抗扰范围。针对这些问题，本文设计了一种基于RBF神经网络的自抗扰切换控制器（RBF-SADRC）。采用RBF神经网络对切换时刻出现的振荡偏差进行补偿。同时，反馈控制环节只采用线性反馈控制率(PD控制律)，提高线性/非线性自抗扰切换控制器的抗扰范围。最后，分别以北海救“115”救助船舶和一艘系泊储油轮为仿真对象进行了仿真验证。仿真结果表明，RBF-SADRC具有更好的稳定性和适用性。 |
| 作者： | 杨芳芳 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 郭晨 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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