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参数不确定Liu混沌系统的鲁棒控制

作　者: 毕宁宁
导　师: 张显库
学　校: 大连海事大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: Liu混沌系统 鲁棒控制 闭环增益成形 船舶运动数学模型
分类号: O415.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 74次
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内容摘要


船舶本身是一个非线性大惯性的复杂动态系统。航速变化和装载的增减造成的船舶质量、惯性矩和重心的变化,会引起各种流体动力导数的相应变化,使得船舶运动中可能产生混沌现象。Liu混沌系统是新近提出的一类含有平方非线性项的三维连续自治系统,对其设计一种简捷且控制效果良好的鲁棒控制器,对混沌系统控制研究具有重要意义。本文综述了非线性系统中出现混沌的一般理论,对一种新型混沌系统——Liu混沌系统进行了动力特性分析,给出了它的相图、李亚普诺夫指数及功率谱,分析了系统参数对Liu混沌系统的影响。本文研究了参数不确定Liu混沌系统的鲁棒控制方法,将Liu混沌系统在平衡点处线性化,通过Bode图降阶法将模型降为二阶深严格真模型,使用基于闭环增益成形的PID参数整定方法为Liu混沌系统设计鲁棒控制器。本文还构造了一类非线性Abkowitz船舶运动数学模型,探讨了该模型产生Liu混沌现象的可能性。本文在MATLAB环境下编写了研究混沌现象的一些程序。在控制仿真中,采用了闭环增益成形算法,该方法适用于参数确定的系统和含有不确定参数的系统,文中对这两种情况均进行了仿真试验,仿真结果表明该控制器可以较快地使系统摆脱混沌且具有较强的鲁棒性。本文编写了研究混沌现象的程序有利于对混沌模型进行快速判别,设计了混沌鲁棒控制算法,仿真结果验证了本文控制方法的有效性,这种鲁棒控制方法在连续混沌系统中具有通用性,对船舶数学模型的混沌分析为进一步研究船舶运动中的混沌现象打下了基础。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 混沌的概述  9
  1.2 混沌学的发展及研究现状  9-10
  1.3 一些典型的混沌吸引子  10-13
    1.3.1 Lorenz吸引子  10
    1.3.2 R(o|¨)ssler吸引子  10-11
    1.3.3 Chen吸引子  11-12
    1.3.4 L(u|¨)吸引子  12
    1.3.5 一种新的混沌吸引子  12-13
    1.3.6 统一混沌系统模型  13
  1.4 混沌控制的发展及研究现状  13-15
    1.4.1 抑制混沌现象  14-15
    1.4.2 混沌系统同步化  15
    1.4.3 混沌反控制  15
  1.5 研究课题的提出及研究的现实意义  15-16
  1.6 论文的结构  16-17
第2章 Liu混沌系统及其混沌特性的判别  17-34
  2.1 引言  17
  2.2 混沌的基本理论  17-20
    2.2.1 混沌的定义  17-19
    2.2.2 混沌的基本特征  19-20
  2.3 Liu混沌系统的动力学分析  20-29
    2.3.1 Liu混沌系统基本的动力学分析  22-24
    2.3.2 Liu混沌系统参数变化的影响  24-29
  2.4 Liu混沌系统混沌特性的判别  29-34
    2.4.1 功率谱  29-32
    2.4.2 Lyapunov指数  32-34
第3章 Liu混沌系统的控制器设计与实现  34-45
  3.1 引言  34
  3.2 H_∞鲁棒控制理论  34-35
  3.3 闭环增益成形控制算法  35-36
  3.4 基于闭环增益成形的PID参数整定方法  36-37
  3.5 Liu混沌系统的鲁棒控制器设计  37-44
    3.5.1 Liu混沌系统S函数的编写  38-39
    3.5.2 对于参数确定的Liu系统进行控制器设计  39-42
    3.5.3 对控制器鲁棒性的验证  42-44
  3.6 小结  44-45
第4章 船舶运动数学模型与参数不确定Liu混沌系统的关系  45-61
  4.1 船舶平面运动的运动学  45-46
  4.2 船舶平面运动线性数学模型  46-48
  4.3 船舶平面运动数学模型与参数不确定Liu混沌系统的关系  48-60
    4.3.1 对参数不确定Liu混沌系统进行适当变型  48
    4.3.2 一类Abkowitz非线性船舶运动数学模型  48-51
    4.3.3 流体动力导数的估算公式  51-54
    4.3.4 船舶平面运动数学模型中的Liu混沌现象的探讨  54-60
  4.4 小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
攻读学位期间公开发表论文  65-67
致谢  67-69
研究生履历  69

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 理论物理学 > 非线性物理学 > 混沌理论
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