船舶舵減橫搖系統(tǒng)非線性控制方法研究.pdf

1、舵減橫搖的最終控制目標(biāo)是期望利用操舵運(yùn)動(dòng)同時(shí)控制航向和橫搖，即利用低頻的操舵運(yùn)動(dòng)保持船舶的航向和利用高頻的操舵運(yùn)動(dòng)減橫搖。對(duì)于同一艘船舶來說，當(dāng)船舶航速、裝載和附著物等發(fā)生變化的時(shí)候模型參數(shù)都會(huì)發(fā)生改變，船舶運(yùn)動(dòng)具有本質(zhì)非線性和不確定性。非線性和不確定性的存在，導(dǎo)致減搖效率下降。執(zhí)行器舵機(jī)飽和非線性也是影響舵減橫搖系統(tǒng)控制性能的原因之一。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入飽和狀態(tài)時(shí)，任何超出執(zhí)行器飽和范圍的控制器輸出改變都不能對(duì)控制對(duì)象有任何作用，從而造成閉環(huán)

2、系統(tǒng)性能急劇下降。同時(shí)頻繁的操舵必然會(huì)給舵機(jī)帶來較大的損耗，在保證減搖率的情況下，減小動(dòng)舵幅度和速度成為必須考慮的指標(biāo)。本文將針對(duì)上述問題開展深入研究，將非線性控制與魯棒控制及智能控制融合來解決舵減橫搖系統(tǒng)中模型非線性、不確定性問題，及舵機(jī)飽和、磨損問題。
　　本研究深入分析研究了船舶的橫搖艏搖聯(lián)合控制問題，將閉環(huán)增益成形算法和精確反饋線性化方法結(jié)合。設(shè)計(jì)了船舶的橫搖控制器及艏搖控制器，并且在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用模糊優(yōu)化算法對(duì)橫搖和艏搖

3、控制舵角進(jìn)行優(yōu)化分配。所提出的控制設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法，以及參數(shù)求解方法簡(jiǎn)單，適合工程應(yīng)用。針對(duì)有界不確定的船舶舵減橫搖非線性系統(tǒng)，提出了一種改進(jìn)的解析模型預(yù)測(cè)控制方法。將原非線性系統(tǒng)重定義為帶有不確定項(xiàng)的標(biāo)稱系統(tǒng)模型，推導(dǎo)得出帶有不確定項(xiàng)的最優(yōu)控制律，并推導(dǎo)證明了所求控制規(guī)律有界，取其邊界值，給出了消除不確定項(xiàng)的改進(jìn)解析模型預(yù)測(cè)控制。該控制方法不需要額外補(bǔ)償不確定項(xiàng)，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)具有不確定項(xiàng)的非線性系統(tǒng)控制。最后，通過仿真驗(yàn)證了該方法的有效性

4、。針對(duì)單輸入多輸出的橫向運(yùn)動(dòng)非線性不確定系統(tǒng)，提出了一種基于M-P逆的模糊自適應(yīng)解析預(yù)測(cè)模型控制方法。通過引入M-P逆矩陣，實(shí)現(xiàn)輸入輸出不等的解析模型預(yù)測(cè)控制。采用模糊系統(tǒng)一致逼近預(yù)測(cè)控制律中的不確定項(xiàng)，根據(jù)系統(tǒng)的反饋誤差在線調(diào)整模糊系統(tǒng)的權(quán)系數(shù)。引入魯棒補(bǔ)償項(xiàng)，進(jìn)一步減少模糊逼近誤差對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的魯棒性?；贚yapunov穩(wěn)定原理，證明了閉環(huán)系統(tǒng)的最終一致有界穩(wěn)定。針對(duì)具有執(zhí)行器飽和約束的舵減橫搖系統(tǒng)，通過優(yōu)化執(zhí)行器飽和