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船舶航向自抗扰广义预测控制研究
| 论文题名： | 船舶航向自抗扰广义预测控制研究 |
| 关键词： | 船舶操纵;航向保持;自抗扰控制;广义预测控制 |
| 摘要： | 伴随着我国海上强国战略的提出和航运经济的蓬勃发展，船舶运动控制的理论研究日益倾向于对船舶控制工程实际问题的深入探讨，不断探索鲁棒性、时效性更强，结构和算法相对简单的控制决策已经成为船舶运动控制领域的一项重要课题。针对广义预测控制在控制系统中存在的缺陷，论文将自抗扰技术与广义预测控制相结合，提出一种混合控制算法并应用于船舶运动过程中，实现对航向保持的有效控制。 论文为克服自抗扰控制和广义预测控制技术在控制系统中的局限性和在线计算量大等缺点，采用扩张状态观测器对模型内部不确定性和外部干扰进行动态估计，并在广义预测前馈控制通道中增加了估计系统扰动量的补偿环节，使原非线性对象模型转化为标准的积分串联形式，降低了控制系统对模型参数的敏感性和依赖性。 论文考虑到系统对未建模动态的鲁棒性，采用受控自回归积分滑动平均模型（CARIMA）对所得积分串联系统建立预测模型，利用其固有的积分作用消除被控对象的静态误差；针对被控系统当前时刻的虚拟控制量对未来输出的影响，引入了广义预测控制性能指标函数进行柔化控制，使系统的实际输出跟踪参考轨迹，以更好地描述系统的动态行为；随后，分析了丢番图方程的求解过程，用采样值直接获得系数矩阵的解析解形式，并求出自抗扰广义预测的最优输出控制律，以减少在线计算量。 为解决控制方案难以通过时域分析法准确获得系统控制性能的问题，论文将混合控制算法转化为统一的离散形式，推导出了分析被控系统闭环性质的内模控制结构，然后根据离散域开环传递函数的频率特性与对数频率特性曲线，对比分析了控制系统中观测器带宽、柔化因子、控制加权常数对性能的影响，得出了控制器参数的普适性调整原则和规律。 最后论文以“育鲲”轮为仿真对象，进行了在不同参数配置下的自抗扰广义预测控制与同类型预测控制器的航向保持控制和航向跟踪对比实验，结果表明，所设计的控制方案能够快速、准确地跟踪到目标航向，对外界海浪干扰具有较强的鲁棒性，整体效果良好。 |
| 作者： | 王健廷 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 刘彤 |
| 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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