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基于T-S模糊系统的动力定位船舶控制方法研究
| 论文题名： | 基于T-S模糊系统的动力定位船舶控制方法研究 |
| 关键词： | 动力定位船舶;T-S模糊系统;输入饱和;动力定位 |
| 摘要： | 动力定位船舶是一种具有广泛应用价值和重要意义的海洋工程船舶，可进行海洋石油钻探，海上救助，军用扫雷等多种海上特种工程作业。该类船舶不同于常规舵桨控制的欠驱动船舶，是一种全驱动船型，其运动特性中所具有的非线性问题相较于常规船舶更加复杂，导致对其设计定位控制方法更加困难，所以针对该类船舶定位问题的研究有效的控制方法就显得尤为重要。 T-S模糊系统是一类通过多个线性子系统和隶属度函数组合而成的模糊系统，能够以任意精度逼近满足Lipschitz条件的非线性系统，这种特性使得其在非线性系统和线性系统之间架起了一座桥梁，通过T-S模糊系统，可以把线性系统大量的较成熟控制理论应用于非线性系统中，并能够取得较好的控制效果。本文将基于T-S模糊系统，研究船舶动力定位控制问题，研究内容主要包括如下两个方面: 针对带有未知前件变量和状态不可测量情况的T-S模糊系统镇定控制问题，提出了一种新的观测器-控制器设计方法。在隶属度函数前件变量完全未知的情况下，通过经典模糊观测器得到观测误差模型，并将误差方程转换为不确定项和观测误差项两部分，并考虑不确定项满足一个关于观测误差的Lipschitz条件，从而得到一个观测器和控制器误差构成的增广系统。随后利用Lyapunov函数得到使系统稳定的LMI条件，其中不确定项由观测器增益项克服。最后对于电罗经信道故障情况下的动力定位船舶控制问题进行了仿真分析，验证了算法的有效性。 针对带有执行机构幅值、速率和加速度饱和限制的T-S模糊系统，提出了一种增广状态反馈控制方法。首先利用动态解耦方法对输入控制项幅值饱和非线性进行模糊化建模，将其分解为一个可对该非线性项进行近似的T-S模糊系统，再与原系统构成一个新的T-S模糊系统，随后对新系统设计了平行分布补偿和非平行分布补偿形式的控制器，该控制器直接满足原系统的输入幅值饱和限制。再对控制项求取一阶和二阶导数，组成一个增广T-S模糊系统，原控制项的一阶导数代表增广系统的新状态，文中对该状态利用有界范数法进行约束。原控制项的二阶导数构成增广系统的控制输入，本文采用多面体法对该控制输入进行替换，提出了一种增广非平行分布补偿的状态反馈控制方法，并给出了对饱和控制系统最大收敛域的优化方法。最后对于状态可测量情况下，带有船体推进器推力饱和限制的T-S模糊形式船舶动力定位控制进行了仿真分析，验证了算法的有效性。 |
| 作者： | 闫玲亚 |
| 专业： | 模式识别与智能系统 |
| 导师： | 谢文博 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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