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考虑输入饱和的船舶航向自动舵设计
| 论文题名： | 考虑输入饱和的船舶航向自动舵设计 |
| 关键词： | 船舶航向自动舵;输入饱和限制;后推方法;自适应控制;神经网络 |
| 摘要： | 船舶航向自动舵设计是自动控制理论应用得较早、取得成果比较显著的领域。而在设计过程中考虑系统输入饱和问题的研究,却鲜有成果。 本文针对船舶航向控制非线性系统具有的舵角输入饱和限制问题,分别考虑了系统已知、带有参数不确定以及含有任意不确定性的情况,提出了三种考虑输入饱和的船舶航向自动舵控制算法。 首先,针对船舶航向非线性系统已知的情况,通过引进一种饱和辅助设计系统对控制器进行直接地内补偿,提出了一种考虑输入饱和的船舶航向自动舵控制算法,保证了系统的稳定性,得到了良好的控制性能;其次,在考虑输入饱和基础上,针对船舶航向系统带有参数不确定和未知外界干扰的情况,采取基于李雅普诺夫定理的后推(Backstepping)设计方法以及自适应控制技术,提出了一种考虑输入饱和的鲁棒自适应船舶航向自动舵控制算法;最后,针对一类考虑输入饱和及未知外界干扰的通用高阶严格反馈不确定非线性系统,采用神经网络逼近技术处理任意不确定性,提出了一种考虑输入饱和的直接自适应神经网络动态面控制(DynamicSurfaceControl;DSC)算法,并用于船舶航向自动舵控制算法设计。 针对传统后推方法中易产生“计算量膨胀”问题,本文引进了动态面控制技术,从而大大降低了控制器的复杂性,使之易于工程实现。另外,在对不确定非线性系统控制设计中,利用系统仿射项的特性和直接自适应技术,避免了控制器奇异值问题。同时,保证了闭环系统是最终一致有界的。 本文所提出的控制算法能够保证闭环系统的稳定性,并且使得航向跟踪误差任意小。最后,利用MATLAB进行计算机仿真研究,分别验证了上述三种控制器的有效性。 |
| 作者： | 李俊方 |
| 专业： | 航海科学与技术 |
| 导师： | 李铁山 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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