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自抗扰控制在DP船控制中的应用研究
| 论文题名： | 自抗扰控制在DP船控制中的应用研究 |
| 关键词： | 动力定位船;自抗扰控制;扩张状态观测器;运动学模型 |
| 摘要： | 近年来，人类对资源的获取和开发利用不再局限于陆地，而把更多的目光投入了海洋，随之而来的就是开采资源技术的日益进步，船舶作为人类海上作业的平台要承担的任务更加艰巨。动力定位船也是随着开发海洋的不断深入而诞生的，从它诞生起，对它的控制问题就是人们关心的热点和难点。从DP船控制技术的发展至今，出现了很多优良的控制方法，常见控制方法包括经典PID控制、LQG控制、非线性控制、智能控制等，而经典PID控制由于结构简单易于实现等优点在过去一直是最为常用的控制手段，但因为快速性和超调难以协调等不足逐渐被这些新型控制所取代;幸运的是，中科院韩京清教授对经典PID的环节进行了改进得出了抗干扰能力、适应性和鲁棒性都很好的自抗扰控制(ADRC)技术，除了前面提到的优点这种技术还不依赖于对象的模型、无需测量系统扰动、算法简单、超调量小、控制精度高。 首先本文从船舶运动学问题和动力学问题的角度研究了位置、速度和力及力矩的关系，推导船舶低频运动模型、高频运动模型;接着研究风、浪、流的环境力模型，为后面控制器的设计做准备。然后对ADRC的三个核心环节分别进行原理的讨论、算法的分析。在此基础上利用MATLAB Simulink的S-function进行三个组成部分模块的设计，并验证各自的功能是否得到实现，进而设计出DP船的自抗扰控制器。 其次，为了解决海洋环境力对船舶的干扰所引起的控制效果不好的问题，设计了基于fal函数带有滤波环节的扩张状态观测器(ESO)使得ESO对扰动的估计信号中噪声得到大大地限制，进而改善控制性能。通过仿真试验得到船舶位置曲线，将引入滤波环节前后的船舶位置曲线进行对比验证了基于fal函数带有滤波环节的扩张状态观测器的功能。 最后，由于ADRC的参数众多，各参数间的协调又没有固定的规则，整定参数一直都是该技术最棘手的问题。如果采用手动试凑的方式，既费时又费力甚至还不能得到理想的控制效果。于是本文针对这一问题设计了一种基于实时Simulink的遗传算法用于整定ADRC较难整定的参数。 |
| 作者： | 刘聪 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 夏国清;李来春 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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