船舶航向反步自適應控制方法研究.pdf

1、本文通過對反步法的學習和研究,設計了一種基于反步法的船舶航向自適應控制器,并在船舶模型參數(shù)出現(xiàn)攝動和海浪干擾的情況下進行了仿真研究。
　　 船舶航向控制器是船舶操縱運動控制領域重要的研究課題,國內外的許多科研人員一直為改善船舶操縱性能而不懈的努力。目前多數(shù)船舶航向控制器的設計仍采用了野本線性模型,然而,由于船舶航行中船舶的航速、裝載狀態(tài)、外界干擾等會時常發(fā)生變化,進而產(chǎn)生嚴重的水動力非線性問題,使得基于線性模型設計的控制器控制效

2、果變差。針對這一問題,本文把反步自適應設計方法應用到船舶航向運動控制中,通過實驗結果分析可知,所設計的船舶航向控制器較好的解決了這個問題。
　　 本文首先對自動舵的發(fā)展歷史、國內外相關領域的研究現(xiàn)狀進行了回顧和總結。介紹了船舶航向操縱運動數(shù)學模型以及外界干擾數(shù)學模型。詳細闡述了自動舵的控制原理。介紹了反步法的基本原理與近幾年的發(fā)展狀況,詳細推導了用反步法設計控制器的過程,并用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論進行了論證。以船舶航向控制為研究對

3、象,用反步法設計了船舶航向控制器,為了便于學習和研究,首先設計了一種船舶模型參數(shù)已知的航向控制器,在取得滿意的仿真結果基礎上再對含有外界干擾和不確定參數(shù)的船舶模型設計自適應航向控制器。在設計過程中加入了積分器,以消除外界恒值干擾引起的靜態(tài)誤差?；？刂圃谔幚聿淮_定性系統(tǒng)中表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性,本文用反步法和滑?？刂葡嘟Y合的方法,以加入了舵機性能的船舶航向Norrbin一階非線性模型為研究對象,設計了一種反步滑模航向控制器,通過仿真驗證可知

4、,此方法比單純的經(jīng)典反步法在減小調節(jié)時間的同時對系統(tǒng)含有的不確定性具有更強的魯棒性,這說明用反步滑?？刂品ㄌ幚砗蟹瞧ヅ洳淮_定性的非線性系統(tǒng)是有效的。
　　 對設計的船舶航向控制器在Matlab的Simulink工具箱下進行了仿真驗證,仿真結果表明,所設計的反步自適應航向控制器能夠很好的跟蹤航向的變化,控制舵角變化合理,沒有出現(xiàn)頻繁打舵情況,特別是當船舶模型參數(shù)出現(xiàn)大的攝動時,在控制器參數(shù)不變的情況下依然能取得了很好的仿真效果,