隨著全球經(jīng)濟的不斷飛速發(fā)展,水面欠驅(qū)動船舶作為各國貿(mào)易往來的主要運輸工具,因此受到了世界各國的廣泛關(guān)注。為保證欠驅(qū)動船舶能夠順利完成各種指定航行任務,對其實現(xiàn)路徑跟蹤控制儼然成為當下研究熱點,但考慮到欠驅(qū)動船舶在操控過程中,具有較強的非線性、耦合性等特點,傳統(tǒng)的控制方法已經(jīng)無法滿足其精度需求,因此尋求有效的控制策略是解決路徑跟蹤控制問題的關(guān)鍵所在。本文主要針對水面欠驅(qū)動船舶的路徑跟蹤控制策略展開研究,主要研究工作如下:首先,介紹了水面欠驅(qū)動船舶的運動學以及動力學數(shù)學模型,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合本文研究內(nèi)容對該模型進行一定程度上的簡化,最終得到水平面三自由度欠驅(qū)動船舶運動數(shù)學模型;其次,針對滑�？刂品椒ㄖ写嬖诘亩墩駟栴},采用超螺旋二階滑�？刂扑惴ㄔO(shè)計欠驅(qū)動船舶路徑跟蹤控制器,以實現(xiàn)有效抑制抖振問題的同時提高系統(tǒng)跟蹤控制精度;然后,針對復雜多變的海上擾動其界值難以確定,所導致的控制器參數(shù)難以選取問題,將自適應方法與超螺旋二階滑�？刂葡嘟Y(jié)合,提出一種基于自適應二階滑模的欠驅(qū)動船舶路徑跟蹤控制策略,在該方法中通過自適應控制實現(xiàn)對外界擾動界值的實時估計,進而更新控制器參數(shù)以獲取更為良好的控制效果;最后... 

【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１本文章節(jié)結(jié)構(gòu)圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｃｈａｐｔｅｒｓ?ｆｏｒ?ｔｈｅｓｉｓ??

?大連海事大學碩士學位論文???２船舶運動數(shù)學模型及滑�？刂评碚�??本課題針對欠驅(qū)動船舶的路徑跟蹤控制問題進行研宄，設(shè)計控制器以實現(xiàn)對期望路??徑精確跟蹤，而考慮到對實船開展控制實驗存在較大的困難且成本較高［４７］，故解決此類??問題的常規(guī)做法為建立被控對象的數(shù)學模型，隨后進行仿真實驗以驗證所設(shè)計控制器的??性能，而實際的船舶運動具有較強的耦合性、非線性等特點，因此建立精確的數(shù)學模型??用以描述船舶運動過程存在較大的困難，故需對其運動過程在一定程度上進行簡化，最??終得到適用于課題研宄的船舶運動數(shù)學模型［４８１。??本章首先針對欠驅(qū)動船舶的運動特性進行分析，并結(jié)合本文的研究內(nèi)容對其運動過??程進行簡化，最終得到水平面三自由度船舶運動數(shù)學模型；隨后針對滑�？刂评碚撨M行??介紹并分析該方法中所存在的問題，為后續(xù)控制器的設(shè)計提供理論基矗??２．１船舶運動數(shù)學模型??建立船舶運動數(shù)學模型是為了描述其在運動過程中對于輸入控制量的響應特性，冋??時側(cè)面也可以反應出所設(shè)計控制器的控制效果，而為了實現(xiàn)對船舶運動過程進行數(shù)學描??述，首先需要對其建立運動坐標系，隨后在坐標系下對其運動過程進彳丁描述。??２．１．?１船舶運動坐標系??為便于坐標系的建立以及描述船舶在海洋中的復雜運動，通常情況下采用如下兩種??坐標系形式：一種為慣性坐標系，而另外一種便是隨船運動（附體）坐標系。??爐慣性坐標系??囊動坐標系??．．．ｒ－．．．．．Ｖ５?橫沭??－八，?ｒ，Ｎ??ｍ??圖２．１船舶運動坐標系??Ｆｉｇ．?２．１?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｍｏｔｉｏｎ??－７－??

?影響滑模變量的一階導數(shù)從而對系統(tǒng)實現(xiàn)控制，而高階滑�？刂品椒▌t是通過將不連續(xù)??的控制變量作用至滑動變量的高階導數(shù)上，這樣便可通過積分器的濾波作用使得抖振問??題得到一定的抑制，因此高階滑模作為傳統(tǒng)滑模的拓展研究，不但保留了傳統(tǒng)滑�？刂�??的優(yōu)點，而且能夠有效抑制抖振問題并提高系統(tǒng)控制精度，。??而在高階滑模中，二階滑模作為特殊情況因其結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單且所需的信息量較少，??同時可實現(xiàn)系統(tǒng)有限時間穩(wěn)定，因此在現(xiàn)階段得到更為廣泛的應用［５６］。??ｃ?＝：?Ｑ??Ｓ?＾?Ｓ?＾??圖２：６二階滑模運動軌跡圖??Ｆｉｇ．?２．６?Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ?ｓｌｉｄｉｎｇ?ｍｏｄｅ?ｃｏｎｔｒｏｌ??其中二階滑模在相平面內(nèi)運動軌跡如圖２．６所示，依據(jù)高階滑模的定義可知，二階滑模??僅需滿足ｓ?ｉ?＝?０的條件即可，故其在控制器設(shè)計方面較其他高階滑模相比更為簡１?丫＞－，??并且通過將非連續(xù)的控制變量作用在滑模變量的二階導數(shù)上，從而能夠竹效地抑制抖振??問題。??在上述幾種方法中，二階滑�？刂萍饶軌蛴行魅醵墩駟栴}，Ｍ時又能夠存效避免??趨近律或邊界Ｗ方法所引入的新的問題如：削弱滑模拕制的抗攝動性或技制參數(shù)難以選??？?１５－??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于改進滑模趨近律的航空發(fā)動機控制器設(shè)計[J]. 劉帥,王金環(huán),白杰,戴士杰.  科學技術(shù)與工程. 2019(34)
[2]考慮滑模抖振的永磁同步電機模糊超螺旋滑模觀測器[J]. 陶彩霞,趙凱旋,牛青.  電力系統(tǒng)保護與控制. 2019(23)
[3]Adaptive sliding-mode path following control system of the underactuated USV under the influence of ocean currents[J]. CHEN Xiao,LIU Zhong,ZHANG Jianqiang,ZHOU Dechao,DONG Jiao.  Journal of Systems Engineering and Electronics. 2018(06)
[4]基于二階滑模算法的永磁同步電機控制[J]. 楊婧,紀科輝,趙新龍,魯文其.  微特電機. 2018(02)
[5]基于二階滑模算法的船舶航向控制[J]. 劉勇,卜仁祥,孫大銘.  長春理工大學學報(自然科學版). 2017(04)
[6]欠驅(qū)動船舶路徑跟蹤的強化學習迭代滑�？刂芠J]. 沈智鵬,代昌盛.  哈爾濱工程大學學報. 2017(05)
[7]欠驅(qū)動水面船舶的有限時間航跡跟蹤控制[J]. 王昱棋,李鐵山.  哈爾濱工程大學學報. 2017(05)
[8]基于滑�？刂频乃男頍o人機的軌跡跟蹤控制[J]. 劉凱悅,冷建偉.  天津理工大學學報. 2017(02)
[9]高階滑模控制及其研究現(xiàn)狀[J]. 孫靈芳,邢宇,李斌.  化工自動化及儀表. 2016(04)
[10]飛機全電防滑剎車系統(tǒng)穩(wěn)定動態(tài)面控制[J]. 李兵強,陳曉雷,林輝,戴志勇.  系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2016(05)

博士論文
[1]不確定非線性系統(tǒng)高階滑�？刂萍霸陔娏ο到y(tǒng)中的應用[D]. 韓耀振.華北電力大學(北京) 2017
[2]高階滑�？刂评碚摷捌湓谇夫�(qū)動系統(tǒng)中的應用研究[D]. 楊潔.北京理工大學 2015
[3]無人艇的非線性運動控制方法研究[D]. 廖煜雷.哈爾濱工程大學 2012
[4]欠驅(qū)動船舶非線性控制研究[D]. 韓冰.哈爾濱工程大學 2004

碩士論文
[1]欠驅(qū)動船舶軌跡跟蹤的自適應滑�？刂蒲芯縖D]. 王茹.大連海事大學 2018
[2]基于高階滑模的船舶直線航跡控制[D]. 蔡成.大連海事大學 2017
[3]基于終端滑模自抗擾的船舶航跡跟蹤控制[D]. 秦朝宇.大連海事大學 2017
[4]一類欠驅(qū)動系統(tǒng)的切換控制設(shè)計[D]. 鄭鵬尚.東北大學 2013
[5]無人駕駛救助船路徑規(guī)劃算法的研究[D]. 陳佳.武漢理工大學 2013
[6]船舶運動建模與特性仿真研究[D]. 李修強.武漢理工大學 2010
[7]滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)抖振抑制方法的研究[D]. 李琳.大連理工大學 2006



本文編號：3217954