基于Backstepping的欠驅(qū)動(dòng)船舶運(yùn)動(dòng)鎮(zhèn)定控制方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的飛速發(fā)展,使得研究以及解決非完整系統(tǒng)的非線性控制問(wèn)題具有重要性。研究欠驅(qū)動(dòng)非完整系統(tǒng),不僅能夠節(jié)約成本,而且還可以提高系統(tǒng)的操縱性與安全性能,因此,近年來(lái)欠驅(qū)動(dòng)非線性系統(tǒng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。
　　本論文的研究對(duì)象是欠驅(qū)動(dòng)水面船舶,它屬于一類特殊的非線性系統(tǒng),由于船舶沒(méi)有在橫向上安裝推進(jìn)器(或者在橫向上的推進(jìn)器由于某種原因不能正常工作),所以只能通過(guò)主推進(jìn)器和舵機(jī)(或者全回轉(zhuǎn)艉推)對(duì)欠驅(qū)動(dòng)船舶進(jìn)行控制,其研究

2、具有一定的挑戰(zhàn)性。因?yàn)榍夫?qū)動(dòng)船舶具有傳統(tǒng)船舶不具有的一些特性(例如特殊非線性、非完整性、不確定性等),所以為了滿足控制需求不能將一般的船舶控制方法應(yīng)用到欠驅(qū)動(dòng)船舶系統(tǒng)中,尋求新的可行的控制方法成為當(dāng)前的需求。欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的基本運(yùn)動(dòng)控制包括:定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)鎮(zhèn)定控制和航跡跟蹤控制。本課題的主要目的是通過(guò)分析研究欠驅(qū)動(dòng)船舶的運(yùn)動(dòng)特性,運(yùn)用系統(tǒng)非完整約束的特點(diǎn)和微分同胚變換,設(shè)計(jì)欠驅(qū)動(dòng)船舶運(yùn)動(dòng)鎮(zhèn)定控制器,使船舶從非零位置運(yùn)動(dòng)鎮(zhèn)定到坐標(biāo)原點(diǎn)。

3、　　論文主要需要完成以下幾個(gè)方面內(nèi)容:
　　第一,經(jīng)過(guò)合理的簡(jiǎn)化,建立欠驅(qū)動(dòng)水面船舶運(yùn)動(dòng)的三自由度動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,并對(duì)船舶模型進(jìn)行直航和定常回轉(zhuǎn),用來(lái)保證控制器仿真的正確性。詳細(xì)的分析了欠驅(qū)動(dòng)水面船舶三個(gè)重要特性。
　　第二,設(shè)計(jì)基本的反步鎮(zhèn)定控制器。忽略外界干擾的情況下,將船舶運(yùn)動(dòng)方程通過(guò)微分同胚變換,將其變?yōu)槿A系統(tǒng)和一階線性系統(tǒng),然后利用Backstepping方法設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)鎮(zhèn)定控制器。
　　第三,將欠驅(qū)動(dòng)船舶微分方

4、程變換成兩個(gè)級(jí)聯(lián)的新系統(tǒng),對(duì)于系統(tǒng)存在未知干擾以及不確定參數(shù)時(shí),利用滑模控制與反步法相結(jié)合的的思想,提出了具有全局穩(wěn)定的鎮(zhèn)定控制器(即自適應(yīng)滑模反步法)方法,并且對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析,然后分別對(duì)兩個(gè)新系統(tǒng)基于新的控制方法,設(shè)計(jì)鎮(zhèn)定控制器。
　　第四,欠驅(qū)動(dòng)船舶運(yùn)動(dòng)鎮(zhèn)定控制問(wèn)題解決主要的方法有:?變換法、齊次法、滑?？刂啤⒕_反饋線性化、反步法,以及智能控制方法。本文對(duì)提出的新控制方法以及齊次法和滑模控制器利用VC++6.0進(jìn)行對(duì)