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原文传递模糊多模型船舶运动控制系统的研究

论文题名：	模糊多模型船舶运动控制系统的研究
关键词：	船舶控制系统;模糊控制;自适应控制;并行分布补偿
摘要：	船舶运动控制是一个重要的研究领域，其目的是提高船舶自动化、智能化水平，进而保证航行的安全性、经济性和舒适性.近二十年来控制论的全面繁荣为船舶运动控制系统的设计提供了诸多控制算法，特别是模糊控制理论被引入到该领域后，为船舶运动控制科学的发展注入了活力。模糊控制特别适合于处理那些难以建立精确数学模型的复杂控制问题。相对于目前模糊控制在工业应用方面取得的巨大进展，模糊控制理论的发展则滞后了一些。模糊控制理论的研究包括解决模糊控制系统中关于稳定性分析、系统的设计方法、控制系统性能的提高等核心问题.针对目前应用广泛的TS模糊控制系统，在深入研究模糊控制系统的稳定性及控制器设计基础上，将这些模糊控制理论应用于船舶运动控制，推进船舶控制理论的发展。主要研究工作如下: 船舶运动数学模型是研究船舶运动操纵和控制的基础。针对船舶模型的非线性、时变性和不确定性的特点，首先在讨论船舶操纵运动线性和非线性数学模型的基础上，结合由于航速及装载状态等的变化引起的模型参数不确定性以及外界风、浪、流的干扰不确定性，研究了一种Norrbin不确定船舶运动建模问题。针对连续的T-S模糊控制系统，定义了有效最大交豆规则组集和有效最大交亚规则组的概念.基于这两个概念和Lyapunov稳定性理论，提出了一种模糊控制系统的稳定性分析及系统设计方法，给出了经由并行分布补偿(PDC)原理设计模糊控制器保证模糊系统稳定的充分条件。此方法不仅降低了寻找公共正定矩阵方法和在每个最大交叠规则组中分别寻找一个局部公共正定矩阵方法的保守性和难度，而且这些方法作为特例包含于所提出的方法中.为证明该方法的可行性，给出了连续的非线性Norrbin船舶运动系统的模糊控制器设计实例。针对离散的T-S模糊控制系统，在分析模糊系统前件规则结构信息的基础上，将模糊Lyapunov函数和分段Lyapunov函数相结合，构造出一类模糊系统的分段模糊Lyapunov函数.采用并行分配补偿(PDC)技术，利用分段模糊Lyapunov函数进行了模糊系统的稳定性分析与控制器设计。该方法减少了模糊Lyapunov函数与分段Lyapunov函数的局限性，而继承了两者的优点，所得稳定性判据更为宽松，控制系统具有良好的控制性能。通过对二维映射Henon和离散的线性Nomoto船舶运动系统的模糊控制器设计，验证了所提出设计方法的有效性与优越性。应用于船舶控制的自适应模糊控制器是船舶控制领域研究的重点。为了实现这一目标，提出了一种船舶航向自适应型模糊控制系统。该系统将模糊控制与RBF神经网络相结合，利用模糊逻辑的推理能力和神经网络的学习能力，实现了系统的3种参数均可在线实时调节，提高了自适应控制系统的跟踪精度。作为实例，研究了Norrbin不确定船舶运动系统的模糊控制器设计. 本文所提出的控制策略不仅可用于船舶运动控制，而且可广泛应用于一大类非线性系统中，如混沌系统、非线性质量块-弹簧-阻尼器系统等等。
作者：	张松涛
专业：	轮机工程
导师：	任光
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文