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原文传递考虑执行器故障补偿的动力定位船舶事件触发控制

论文题名：	考虑执行器故障补偿的动力定位船舶事件触发控制
关键词：	动力定位船舶;执行器故障;事件触发控制;鲁棒控制
摘要：	为解决海洋工程环境下现有船舶动力定位(dynamicpositioning,DP)控制方案不能满足实际工程需求，本文以“考虑执行器故障补偿的动力定位船舶事件触发控制”为选题，开展了系统化的理论研究，以期望对DP船舶的执行器故障与通信资源浪费等问题提供理论指导。　　本文分别针对模型不确定、执行伺服系统中增益不确定、DP船舶自触发控制、执行器故障环境下DP船舶事件触发控制、工程实际易用性5个关键点进行了深入研究，采用鲁棒控制与自适应控制相结合的技术路线，使其在不确定海洋环境下具有一定的稳健性与自适应性，目标是研究一类考虑执行器故障和通信资源浪费的DP船舶智能控制算法。　　针对船舶DP控制任务，本文考虑了“信道中控制信号连续传输所导致的不必要通信资源浪费”的实际问题，提出了一种考虑执行器增益不确定的异步自触发DP控制策略，通过构造边界增益关联系数来补偿未知的执行器增益不确定性。在该控制策略中，针对每个控制器-执行器信道设计一个自触发机制，下一触发时刻能够根据当前时刻的信息进行计算获得，且每个执行器对应的自触发机制相互独立，互不影响。只有在触发时刻控制信号才会被重新计算并传输给执行器，从而实现控制信号在信道中的非周期传输，降低资源浪费，缓解通信负担。同时，考虑到传统Backstepping方法的本质决定了最终控制器的演绎基于对虚拟控制律的反复求导（随着系统阶数提高，算法计算负载增大），而这在实际工程中是无法实现的。基于此，本文将RBF神经网络与动态面控制相结合，不仅解决了模型不确定问题，同时消除了“复杂度爆炸”所产生的影响，具有更高的工程实际易用性。　　针对长期值守于不确定海洋环境条下的船舶DP控制任务，本文同时考虑了“执行器故障与信道中控制信号连续传输所导致的不必要通信资源浪费”等实际问题，提出了一种DP船舶事件触发控制策略，将执行器增益不确定与未知的故障参数（执行器驱动效率系数和偏置故障系数）相结合，通过对每个执行器构造两个边界故障关联系数对执行器故障所产生的影响进行补偿，保持控制系统的稳定性。同时，为降低动力定位船舶系统通信负担，设计了一种事件触发机制，其能够实现相关信号的间歇式非周期传输，即系统不满足所设计的事件触发条件时，控制器会对相关控制信号进行重新计算，并在信道中传输，否则保持相关控制信号不变。该算法能够实现DP船舶在执行器出现故障的环境下依旧能够保持控制性能满足工程需求，同时实现控制信号在信道中的非周期传输，极大限度地节约了通信资源。　　本文基于Matlab平台实现仿真研究，获得的实验结果进一步验证了所提出的DP控制算法具有低通信负载和执行器故障补偿等优点。该研究将有益于我国船舶智能化水平的提升，为推进海洋工程装备研制提供必要技术参考，具有潜在工程应用价值。
作者：	姚明启
专业：	交通运输工程
导师：	张国庆
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022