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考虑输入时滞的船舶航迹控制设计
| 论文题名： | 考虑输入时滞的船舶航迹控制设计 |
| 关键词： | 船舶操纵;航迹控制;输入时滞;运行规律 |
| 摘要： | 船舶航迹控制器是船舶远洋航行中不可或缺的一部分，不仅可以有效减小舵手的工作强度，更是船舶安全航行的关键。而直线航迹控制是航迹控制中常见的控制策略，有着重要的研究和实际意义。 然而船舶在航行时，船舶舵机中存在着由于信号处理、传输、机械传动等产生的时滞现象，导致舵手或自动舵下发的舵令不能实时的控制舵机，产生了输入时滞的问题。而输入时滞的存在会显著增大控制系统的超调量，增加控制器到达稳定的时间，降低控制器的控制效果，甚至导致控制系统不稳定。针对船舶运动中出现的输入时滞问题，本文利用非奇异线性变换，将存在输入时滞的系统转换为不含有输入时滞项的系统，再利用L-K稳定性定理和滑模变结构控制相结合的方法设计控制器，使船舶直线航迹在不同吃水深度和不同外界干扰下，均能精准，稳定且快速的跟踪上设定航迹值，对存在输入时滞的船舶控制直线航迹控制系统有良好的控制效果。本文主要的创新点如下： （1）利用的非奇异线性变换后的系统与原系统存在相同极点，有同样稳定性的特性，将存在输入时滞特性的船舶直线航迹模型转换为不含有输入时滞的系统，并利用该系统来设计直线航迹稳定控制器； （2）针对时滞系统存在稳定性分析困难的问题，本文通过Lyapyunov-Krasovskii稳定性定理来对控制系统进行稳定性证明，证明了本文所提出的控制器能够在有限的时间内收敛； （3）使用全局积分滑模控制器，且将控制器中引入系统的初始值，引入后不仅可以减小系统的稳态误差，而且可以使控制系统在任意初始状态下都可在滑模面上逼近系统，消除了到达滑模面的过程。 最后在考虑不同的船舶载重、吃水深度和外界风、流干扰的影响下进行了计算机MATLAB仿真，验证了本文所提出的控制器具有良好的超前性能，可以良好的克服输入时滞存在的超调大，稳定晚的问题。且能使直线航迹偏差在有限时间内收敛，较为稳定的跟踪设定航迹。同时保证舵角平滑，没有超调和抖振现象存在，符合实际的船舶运行规律。 |
| 作者： | 吴锦润 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 卜仁祥 |
| 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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