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基于滑模变结构的船舶航向控制研究
| 论文题名： | 基于滑模变结构的船舶航向控制研究 |
| 关键词： | 船舶航向控制;滑模变结构控制;自动舵;自动操作驾驶仪;动力定位 |
| 摘要： | 在现代船舶运动系统中，船舶自动舵(亦称自动操作驾驶仪)是船舶控制系统核心部分的重要装置之一。自动舵的性能决定了船舶航行的安全性与经济性，也决定了是否能解决船舶动力定位、自动避障和船舶跟踪航迹等问题，对于自动舵的研究一直是船舶控制领域的热点关注问题，也是世界船舶领域里最基本的研究课题。因此，通常人们将自动舵对船舶运动控制的操纵性能作为评价船舶操纵性能好坏的指标之一。随着先进导航设备的出现，人们对船舶的控制要求也越来越高了，船舶航迹控制将会是主要的发展方向。由于船舶在航行中会受到风、浪、流以及航行在浅水域、窄航道等环境中综合扰动产生的不确定性；船舶运动具有的非线性、时滞性、大惯性等特性以及航速、装载变化产生模型的参数摄动等因素共同影响船舶的鲁棒性控制。因此，强鲁棒性也将是船舶航向控制器未来主要研究目标。然而针对模糊控制与滑模变结构控制本身都具有较强的鲁棒性，将它们相结合可以得到一个优势互补的算法具有非常的重要意义，故在本文里研究船舶航向控制运动将采用模糊理论与变结构控制理论，设计一种综合型的智能控制器，并进行仿真验证。 本文对船舶运动控制技术的研究背景、智能控制技术发展现状以及自动舵控制策略的概况进行了综述。首先，分析了船舶操纵运动平面方程以及动力学方程，建立了船舶运动的非线性模型、响应型模型以及风、浪、流的干扰数学模型。其次，简单介绍了船舶航向控制基本原理及性能指标，同时也介绍了变结构控制控理论基础。在分析了变结构控制存在抖振的基础上，为使船舶能在不同海况下按所要求的改变船舶航向或者保持航向稳定状态，提出了一种变结构控制的算法。接着分析了船舶航向控制这一被控对象的特殊性，在此基础上提出并设计了船舶航向变结构控制器，通过仿真验证这种变结构控制器相对于PID控制器有更强的鲁棒性，为了达到一定程度上削弱抖振而不降低系统的鲁棒性的目的，并且为了进一步提高滑模控制器的控制性能，又设计了模糊滑模控制器(FSMC)。充分发挥模糊控制和滑模控制各自的优点，有利于提高船舶航向控制系统的控制精度和快速响应时间。本文最后给出了各个控制器的仿真结果，从仿真结果对比中可以看出所设计的综合型智能控制器能够达到了较好的控制效果，满足人们的需求。 |
| 作者： | 李国伟 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 史震 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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