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自抗扰控制在减摇鳍系统中的应用与控制器设计
| 论文题名： | 自抗扰控制在减摇鳍系统中的应用与控制器设计 |
| 关键词： | 船舶机械;减摇鳍;控制系统;自抗扰控制策略 |
| 摘要： | 船舶在航行时受到海浪、海风等外界扰动，不可避免会产生多自由度摇荡运动。由于船舶横摇阻尼小，使得船舶发生横摇的几率更大，因此，船舶减摇装置成为船舶在海上安全航行必不可少的设备之一，且减摇装置操纵性能的好坏直接影响船舶在复杂海洋环境下的稳定性。减摇鳍作为一种主动式减摇装置，由于其减摇效果良好，被广泛应用于船舶减摇。减摇鳍工作主要依据海浪信息作有规律的变化，但由于海浪具有不可预测性，减摇鳍始终处于被动状态。为提高船舶减摇的效率，研究关于减摇鳍控制系统的实时性具有重要意义。因此，本文以减摇鳍控制系统为研究背景，提出将自抗扰控制应用于减摇鳍控制系统中。 另外，控制器作为控制系统的核心，其性能直接影响控制系统的控制效果。因此，设计具有稳定性好、实时性强的控制器对减摇鳍控制系统的性能具有重要意义。同时为验证自抗扰控制在减摇鳍系统中的可行性，进行了减摇鳍控制器实物开发。本文主要从以下几方面做了研究: 首先，在分析国内外减摇鳍的发展状况，对船舶在海浪中的受力进行分析，引出基于“力矩对抗”的控制原理，讨论了控制系统各部分组成情况，并参照实船模型对减摇鳍控制系统各部分参数就进行设置，同时对海浪、海浪谱以及横摇运动进行建模及仿真分析。 其次，对自抗扰控制进行了研究，简介了ADRC的基本框架。介绍了ADRC主要由跟踪微分器、扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈控制律组成，建立了相应的数学模型。根据相应的数学模型搭建合适的Simulink仿真框图，对整个ADRC系统进行仿真，反复验证得到合适的ADRC控制参数。 然后，根据设计要求选择了S3C2440处理器。根据实际控制器需求设计了硬件整体结构设计。然后依次设计了系统电源电路、复位电路、时钟电路、系统存储器设计电路、数模转换接口电路、JTAG调试接口设计和SD卡接口电路等主要外围电路。 最后，在硬件电路设计完成的基础上，依据实际需求，对控制器系统进行软件开发。设计高质量的启动代码，配置合适的驱动程序，为应用程序的运行创造了良好的运行环境。并通过台架试验验证设计的可靠性。 研究结果表明:针对自抗扰控制在减摇鳍中的应用进行了仿真分析，仿真结果表明自抗扰在减摇鳍应用中取得了理想的结果，具有较好的减摇效果。以自抗扰控制为控制算法，设计研发的ARM减摇鳍控制器，更能突出减摇鳍控制的智能化，所以具有很好的研究价值。 |
| 作者： | 苗华霖 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 吉明 |
| 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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