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欠驱动船舶的非线性控制问题研究

作　者: 丁磊
导　师: 郭戈
学　校: 大连海事大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 欠驱动船舶镇定控制航迹跟踪控制编队控制
分类号: U675.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,随着欠驱动系统控制技术的快速发展以及船舶自动化不断要求,使得欠驱动船舶控制问题的研究具有非常重要的实际意义。欠驱动船舶的非线性控制方法可以改善船舶的操纵性能,提高船舶运行的安全性与经济性。同时,欠驱动船舶作为一类强非线性系统,对它的研究也具有十分重要的理论价值。因此,欠驱动船舶的非线性控制问题是一个值得研究的课题,已经成为了船舶运动控制领域的热点之一。本论文在深入分析国内外关于欠驱动船舶控制问题的研究成果及总结其所存在的问题基础上,对欠驱动船舶的镇定控制、航迹跟踪控制及船队的编队控制进行了系统的研究,其研究内容如下:首先,欠驱动船舶的镇定控制。对非完全对称的欠驱动船舶即系统矩阵中的惯性矩阵和阻尼矩阵对角线元素不为零情况下建立系统模型,然后针对所建立的模型利用反步法和级联法相结合设计出了相应的控制器。通过实验仿真证明了其有效性及正确性。其次,欠驱动船舶的航迹跟踪控制。考虑了风、浪、流等外力扰动对系统的影响,建立航迹跟踪模型。利用反步法和滑模控制法提出了一种新的反步-滑模航迹跟踪控制器,该控制器能够使船舶以一定的速度按照给定的路线航行。通过实验仿真可以验证这种控制器能够使系统具有很强的鲁棒性。再次,船队的编队控制。利用领航者-跟随者方法建立欠驱动船队的编队控制模型。根据编队控制目标,对跟随船舶设计合适的控制器,从而能够使船队保持一定的队形。通过MATLAB/Simulink仿真,验证了所设计控制器能够实现预期的控制目标。最后,对本文进行概括性总结。并且提出了欠驱动船舶非线性控制问题中有待进一步解决的问题。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-22
  1.1 研究目的及意义  10-11
  1.2 国内外研究成果及现状  11-20
    1.2.1 镇定控制  11-13
    1.2.2 航迹控制  13-17
    1.2.3 编队控制  17-20
  1.3 存在的问题与不足  20
  1.4 本论文的主要工作与内容  20-22
第2章欠驱动船舶的镇定控制  22-44
  2.1 引言  22-23
  2.2 欠驱动船舶系统模型  23-26
  2.3 镇定控制器设计  26-30
    2.3.1 坐标转换  26-28
    2.3.2 控制器设计  28-30
  2.4 镇定化分析  30-33
  2.5 实例仿真  33-42
  2.6 本章总结  42-44
第3章欠驱动船舶的航迹跟踪控制  44-64
  3.1 引言  44-45
  3.2 欠驱动船舶跟踪模型  45-47
  3.3 航迹跟踪控制器设计  47-52
    3.3.1 运动学控制设计  47-49
    3.3.2 动力学控制设计  49-52
  3.4 稳定性分析  52-55
  3.5 实例仿真  55-63
  3.6 本章总结  63-64
第4章欠驱动船队的编队控制  64-78
  4.1 引言  64-65
  4.2 问题描述  65-69
    4.2.1 船队系统建模  65-68
    4.2.2 编队控制目标  68-69
  4.3 编队控制器设计  69-73
    4.3.1 坐标转换  69-70
    4.3.2 运动学控制设计  70-72
    4.3.3 动力学控制设计  72-73
  4.4 实例仿真  73-77
  4.5 本章总结  77-78
结论  78-80
参考文献  80-85
致谢  85

欠驱动船舶的非线性控制问题研究

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