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基于状态观测器的欠驱动船舶路径跟踪非线性控制
| 论文题名： | 基于状态观测器的欠驱动船舶路径跟踪非线性控制 |
| 关键词： | 欠驱动船舶;非线性反馈;路径跟踪控制;能源消耗优化 |
| 摘要： | 近年来，节能减排、绿色能源一直是世界各国共同的努力方向。我国更是在第75届联合国大会期间做出力争2060年前实现碳中和这一令人鼓舞的承诺。海洋运输业作为国际贸易运输的主要方式，承担了我国约90%的进出口货物的重要责任，因此船舶节能减排工作意义明显，并且已逐渐成为研究的重要课题。为了在船舶航行过程中不影响船舶航向保持以及路径跟踪控制效果的前提下，更进一步优化欠驱动船舶舵机能量消耗这一目标，本文针对非线性反馈项对欠驱动船舶航向保持以及路径跟踪控制过程船舶舵机能量消耗的影响进行了研究。 首先，为了解决大型油船在恶劣海况下更节能、更安全的航向保持控制问题，本文采用双曲正切函数作为新的非线性反馈函数，对非线性反馈控制效果进行了重新检验。并且针对大型油船对航向响应速度慢的问题，将非线性反馈引入到模糊控制和闭环增益成形算法(CGSA)中。通过对“育鲲”轮和“NewTriumph”轮进行的数值仿真研究，结果显示，具有非线性反馈项的船舶航向保持控制器不仅能快速地响应操舵指令，而且同时降低了船舶舵机能量消耗。 接下来，针对欠驱动船舶路径跟踪控制问题，本文设计了对船舶艏摇信号进行处理的非线性控制器。融合了舵力与力矩转化、“动态虚拟小船制导”、扩张状态观测器、自适应递推等方法对船舶实现有效的路径跟踪控制。通过“育鲲”轮3自由度姿态及速度方面的数值仿真实验对比发现，引入的非线性反馈项不仅保证了闭环系统半全局一致有界，同时也减小了船舶舵机的能量消耗。 通过本文的研究表明，非线性反馈项的引入可以优化控制系统，其控制船舶舵角幅度、节省舵机能量消耗的优点在实际工程应用中具有一定参考价值和意义。 |
| 作者： | 赵洪标 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 张显库 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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