本文關(guān)鍵詞：艦船減搖的多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制研究

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【摘要】：艦船在海上航行時(shí),會(huì)受到風(fēng)、流、浪等各種海洋環(huán)境干擾,因此船體產(chǎn)生無法避免的搖蕩運(yùn)動(dòng)。其中,橫搖運(yùn)動(dòng)的影響最顯著。劇烈的橫搖使船上工作人員無法正常工作,武器、設(shè)備使用性能降低,更嚴(yán)重地影響艦船的安全性。因此,有效地減小艦船搖蕩運(yùn)動(dòng)是十分必要的,這樣也可增加艦船的使用壽命。同時(shí),本文考慮艦船艏搖運(yùn)動(dòng)與其橫搖運(yùn)動(dòng)之間的耦合作用。艦船運(yùn)動(dòng)還具有非線性和不確定性,研究不確定非線性系統(tǒng)的控制問題具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)需要。本文以艦船為研究對象,提出了一種基于多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制的艦船減搖控制方法,并與傳統(tǒng)PID控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制作比較,通過MATLAB仿真來總結(jié)各自的優(yōu)缺點(diǎn)。本文的主要內(nèi)容包括：1.分析艦船的動(dòng)力學(xué)模型,考慮橫搖運(yùn)動(dòng)與艏搖運(yùn)動(dòng)之間的耦合作用,建立橫蕩、橫搖、艏搖三自由度的艦船仿真模型,同時(shí)分析海浪干擾模型。為了與實(shí)際情況更相符,減搖鰭與舵機(jī)的結(jié)構(gòu)中加入了限幅限速環(huán)節(jié)。2.設(shè)計(jì)艦船減搖系統(tǒng)的PID控制器,并采用MATLAB/Simulink自帶的優(yōu)化工具優(yōu)化PID控制器參數(shù)。由于滑模變結(jié)構(gòu)控制對一般非線性系統(tǒng)可以起到較好的控制效果,本文設(shè)計(jì)了艦船減搖系統(tǒng)的非線性變結(jié)構(gòu)控制器。3.設(shè)計(jì)艦船減搖系統(tǒng)的多維泰勒網(wǎng)控制器,介紹了用極小值原理求取被控模型的最優(yōu)控制信號的算法與用共軛梯度法優(yōu)化多維泰勒網(wǎng)控制器參數(shù)的算法。由于時(shí)間原因,本文在PID控制基礎(chǔ)上設(shè)計(jì),采用全過程的共軛梯度法優(yōu)化控制器參數(shù)。4.設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)仿真平臺(tái),并使用MATLAB中的圖形用戶界面GUI設(shè)計(jì)系統(tǒng)的用戶操作界面。在某種海浪干擾情況下,優(yōu)化在三自由度的艦船模型中各控制器參數(shù),比較三種控制方法的控制效果。然后,在其他海況下,進(jìn)行海浪干擾下仿真實(shí)驗(yàn)。通過分析每種海況下仿真結(jié)果,表明在大部分選取的海浪干擾情況下多維泰勒網(wǎng)控制效果較好,但PID控制相對較差,滑模變結(jié)構(gòu)控制對干擾存在穩(wěn)定性問題。5.對本研究所做的工作進(jìn)行總結(jié),并討論了課題進(jìn)一步研究的問題。
【關(guān)鍵詞】：艦船減搖 PID控制 滑模變結(jié)構(gòu)控制 多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制 仿真平臺(tái)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U664.7;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景和意義11
• 1.2 艦船減搖裝置和操縱裝置11-13
• 1.2.1 艦船減搖裝置11-12
• 1.2.2 艦船操縱裝置12-13
• 1.3 課題研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 減搖鰭發(fā)展現(xiàn)狀13
• 1.3.2 計(jì)算機(jī)仿真13-14
• 1.3.3 控制方法研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 課題的主要內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)15-17
• 1.4.1 論文內(nèi)容15-16
• 1.4.2 論文結(jié)構(gòu)16-17
• 第二章 艦船運(yùn)動(dòng)模型17-31
• 2.1 艦船動(dòng)力學(xué)分析17-20
• 2.1.1 艦船運(yùn)動(dòng)分析中的坐標(biāo)17-18
• 2.1.2 艦船動(dòng)力學(xué)模型18-20
• 2.2 船體所受外力及外力矩分析20-22
• 2.2.1 影響艦船水動(dòng)力和水動(dòng)力矩的因素21-22
• 2.2.2 水動(dòng)力與水動(dòng)力矩方程22
• 2.3 控制力和力矩22-26
• 2.3.1 舵的作用力和力矩23-25
• 2.3.2 鰭的作用力和力矩25-26
• 2.4 海浪干擾模型26-29
• 2.4.1 海浪基本概念26-28
• 2.4.2 海浪的干擾力和力矩28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-31
• 第三章 艦船的PID控制器設(shè)計(jì)31-45
• 3.1 PID控制應(yīng)用31-33
• 3.1.1 PID控制算法31
• 3.1.2 PID參數(shù)調(diào)節(jié)方法31-32
• 3.1.3 控制結(jié)構(gòu)32-33
• 3.2 減搖鰭的PID控制設(shè)計(jì)33-36
• 3.2.1 減搖鰭控制系統(tǒng)的組成33-35
• 3.2.2 設(shè)計(jì)減搖鰭PID控制器35-36
• 3.3 舵機(jī)的PID控制設(shè)計(jì)36-41
• 3.3.1 舵機(jī)的工作原理36-37
• 3.3.2 設(shè)計(jì)舵機(jī)PID控制器37-41
• 3.4 PID控制分析41-43
• 3.4.1 PID控制器與結(jié)果分析41-42
• 3.4.2 傳統(tǒng)PID控制的優(yōu)缺點(diǎn)42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 第四章 艦船的滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)45-55
• 4.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制簡介45-50
• 4.1.1 滑�？刂苹驹�45-47
• 4.1.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的性質(zhì)47-49
• 4.1.3 滑�？刂频脑O(shè)計(jì)方法49-50
• 4.2 減搖鰭的滑模控制器設(shè)計(jì)50-51
• 4.3 舵機(jī)的滑�？刂破髟O(shè)計(jì)51-53
• 4.4 變結(jié)構(gòu)控制分析53-54
• 4.4.1 變結(jié)構(gòu)控制器與結(jié)果分析53-54
• 4.4.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制的優(yōu)缺點(diǎn)54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 艦船的多維泰勒網(wǎng)控制器設(shè)計(jì)55-67
• 5.1 多維泰勒網(wǎng)控制簡介55-58
• 5.1.1 原理簡介55-57
• 5.1.2 系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)57
• 5.1.3 研究現(xiàn)狀57-58
• 5.2 多維泰勒網(wǎng)控制器設(shè)計(jì)方法58-62
• 5.2.1 計(jì)算期望控制輸入與輸出58-60
• 5.2.2 多維泰勒網(wǎng)學(xué)習(xí)算法60-62
• 5.3 設(shè)計(jì)控制器62-64
• 5.4 多維泰勒網(wǎng)控制分析64-65
• 5.4.1 控制結(jié)果分析64
• 5.4.2 多維泰勒網(wǎng)控制方法評估64-65
• 5.5 本章小結(jié)65-67
• 第六章 系統(tǒng)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)67-91
• 6.1 仿真技術(shù)簡介67-70
• 6.1.1 仿真軟件簡介67-68
• 6.1.2 Simulink圖形仿真68-69
• 6.1.3 M文件69
• 6.1.4 GUI圖形用戶界面69-70
• 6.2 仿真平臺(tái)的框架結(jié)構(gòu)70-71
• 6.3 仿真平臺(tái)的登錄和參數(shù)初始化71-74
• 6.3.1 登錄操作71-73
• 6.3.2 參數(shù)初始化73-74
• 6.4 系統(tǒng)各控制器設(shè)計(jì)74-76
• 6.4.1 PID控制器線性設(shè)計(jì)74-75
• 6.4.2 滑�？刂破鞣蔷�性設(shè)計(jì)75-76
• 6.4.3 多維泰勒網(wǎng)控制器非線性設(shè)計(jì)76
• 6.5 系統(tǒng)對比仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)76-89
• 6.5.1 海浪干擾的仿真模型76-77
• 6.5.2 無控制器仿真實(shí)驗(yàn)77
• 6.5.3 精確計(jì)算仿真實(shí)驗(yàn)77-89
• 6.6 本章小結(jié)89-91
• 第七章 總結(jié)與展望91-95
• 7.1 本文工作內(nèi)容與結(jié)果總結(jié)91-92
• 7.1.1 工作總結(jié)91-92
• 7.1.2 結(jié)果總結(jié)92
• 7.2 下一步工作展望92-95
• 致謝95-97
• 參考文獻(xiàn)97-101
• 發(fā)表論文列表101

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1019754