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基于Backstepping的船舶航向非线性控制方法的研究
| 论文题名： | 基于Backstepping的船舶航向非线性控制方法的研究 |
| 关键词： | 船舶航向;非线性控制;鲁棒自适应系统 |
| 摘要： | 本文通过对Backstepping设计方法的学习和研究，设计了一种基于Backstepping的船舶航向自适应鲁棒非线性控制器。 近年来，非线性控制系统的研究越来越受到了很多学者的重视。特别是非线性系统几何理论的诞生，为非线性控制理论的发展提供了有利条件。Backstepping是非线性控制的一种强有力的工具，是一种基于Lyapunov稳定性理论的非线性控制方法，此方法是由Kokotovic于1991年首次提出的。在非线性控制领域中，Backstepping设计方法已经引起了广泛的关注。目前，它与自适应控制、鲁棒控制、PID控制、滑模变结构控制、模糊神经网络控制等控制方法的结合已经得到了应用。为了研究的需要本文介绍了一些LyapLmov稳定性的相关知识及Backstepping的设计原理。 众所周知，船舶航向控制系统模型存在严重的非线性。此外，由于装载状态、船速、外界环境干扰等时常发生变化，船舶航向控制系统模型中存在两种明显的不确定性，即模型参数和外界干扰的不确定性。鉴于上述问题，客观上提出了发展鲁棒性更强、适应性更好的船舶操纵控制器的要求，将有效的控制算法应用于船舶运动控制领域显得更为重要。为了便于设计，本文给出了具有不确定性船舶航向控制系统非线性数学模型，介绍了船舶航向控制的基本知识和控制原理。 一个未考虑鲁棒性的非线性自适应控制器，在外部干扰下可能导致整个闭环系统崩溃，从而出现了许多改进的自适应控制方案使系统具有一定的鲁棒性。本文通过运用Backstepping的设计方法，为参数化的严格反馈系统在不确定性存在的情况下，建立了一种自适应鲁棒控制方案。新的设计参数的引进避免了设计过程出现奇异值的现象。积分环节对于某些控制系统能够实现无差控制已为人们所共识，本文在Backstepping设计过程中引入了积分项，设计了一种带有积分器的非线性自适应鲁棒船舶航向控制器。仿真结果证明了所设计控制器的有效性。 |
| 作者： | 林永屹 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 杜佳璐;王兴成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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