原文传递
基于积分滑模状态反馈的动力定位船舶的容错控制
| 论文题名： | 基于积分滑模状态反馈的动力定位船舶的容错控制 |
| 关键词： | 动力定位船舶;积分滑模;容错控制;时延补偿;推进器故障 |
| 摘要： | 动力定位船舶以其具有机动性高、不受水深限制、定位准确等优点，被广泛应用于油气开发、海底管道铺设和疏浚、科研考究等场景。然而，复杂的海洋环境扰动和推进器可能发生的多种故障情况，会影响动力定位船舶的可靠性和鲁棒性。此外，船舶在执行任务时，通过网络环境进行状态信号与控制信号的传输，时延以及量化现象是不可避免的，对船舶动力定位系统的稳定性带来了一定的挑战。随着积分滑模技术在控制领域的快速发展，其物理实现简单、抗干扰性强、且消除到达阶段的优势引起了国内外研究学者的注意。采用积分滑模技术对动力定位船舶进行鲁棒容错控制设计成为该领域的主流研究方向。本文主要利用积分滑模技术开展鲁棒容错控制研究，主要研究工作如下： （1）针对带有推进器故障和海洋环境扰动的动力定位船舶的容错控制问题，在积分滑模技术框架下，提出了一种鲁棒容错控制策略。首先，建立了包含失效、中断、满舵故障、偏移故障和时变卡死故障的通用的推进器故障模型；然后，设计了带有故障估计的积分滑模面和积分滑模控制器。基于积分滑模技术和李雅普诺夫稳定性理论，证明了动力定位船舶控制系统的稳定性。与已有结果相比，可以保证从初始时刻开始抑制艏向角和艏摇速度的振荡幅度。最后，仿真结果表明所提容错控制策略的有效性。 （2）针对带有推进器故障和信号量化的动力定位船舶的容错控制问题，提出了一种新的积分滑模量化控制策略。首先，利用量化信息构造一个积分滑模面，并设计了一种带有故障估计的积分滑模控制器。然后，为了减少量化参数的重复迭代，设计了一种改进的动态量化参数调节策略。与已有文献相比，减少了迭代次数，减小了计算负担，并完成了动态量化参数调节策略与提高容错能力的协同设计，使系统从初始时刻开始就抑制艏向角和艏摇速度的振荡幅度。最后，仿真对比结果验证了所提策略的有效性。 （3）针对带有推进器故障、信号量化和时变时延现象的动力定位船舶的容错控制问题，提出了一种考虑时变时延和故障信息的积分滑模控制策略。首先，利用量化信息构造一个积分滑模面，并设计了一种补偿时变时延影响的积分滑模控制器。然后，提出了一个新的动态量化参数调节策略，与不考虑时延的结果相比，扩大了量化参数调节范围。李雅普诺夫稳定性分析结果表明，所设计的积分滑模控制策略从初始时刻就有效地抑制了艏向角和艏摇速度的振荡幅度。最后，仿真对比结果验证了所提策略的有效性。 |
| 作者： | 于秀宁 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 郝立颖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
