本文研究的主要目的是為了解決船舶模型參數(shù)的求取問題,在參數(shù)辨識的基礎(chǔ)上設(shè)計了 L2閉環(huán)成形濾波航向控制器。本文采用大連海事大學(xué)“百川號”無人船為實驗對象,在確定了該船非線性運動模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,對該船模型進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)辨識,并設(shè)計了船舶航向控制器,取得了比較理想的效果。其主要內(nèi)容包括如下幾個方面:首先推導(dǎo)出船舶運動數(shù)學(xué)模型,并對其中的待辨識參數(shù)進(jìn)行了分析,還引入了遞推最小二乘法和擴(kuò)展卡爾曼濾波兩種辨識算法,并將兩種算法運用在建立好的船舶運動模型上。其次,在海上航行時,船舶的偏航始終受到外部干擾。這些問題使得自動駕駛系統(tǒng)的魯棒控制器的設(shè)計成為一項艱巨的任務(wù)。本文著重于利用閉環(huán)成形濾波器來提高L2增益魯棒控制,提出了L2閉環(huán)成形濾波控制。設(shè)計了用于船舶轉(zhuǎn)向自動駕駛儀的L2增益魯棒控制器,并基于Lyapunov方法證明了所提出控制器的穩(wěn)定性和魯棒性。通過“百川號”無人船在試驗水域獲取大量實驗數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進(jìn)行去奇異值處理,并對辨識出參數(shù)模型進(jìn)行有效性驗證,確保得到可靠的數(shù)據(jù)來進(jìn)行辨識實驗。本文將兩種算法辨識結(jié)果進(jìn)行了 Z型和旋回對比試驗,證明了擴(kuò)展卡爾曼濾波辨識參數(shù)結(jié)果更加精確。設(shè)計了兩組對比...

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外參數(shù)辨識研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)參數(shù)辨識研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國外參數(shù)辨識研究現(xiàn)狀
    1.3 國內(nèi)外船舶航向控制研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國內(nèi)船舶航向控制研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國外船舶航向控制研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排
2 基礎(chǔ)理論
    2.1 船舶運動數(shù)學(xué)模型
        2.1.1 坐標(biāo)系
        2.1.2 船艏向運動學(xué)模型
        2.1.3 船艏向響應(yīng)型數(shù)學(xué)模型
    2.2 系統(tǒng)辨識理論
        2.2.1 系統(tǒng)辨識的定義
        2.2.2 系統(tǒng)辨識的基本原理
        2.2.3 系統(tǒng)辨識的步驟
    2.3 閉環(huán)增益成形控制算法
    2.4 本章小結(jié)
3 船舶艏向模型辨識
    3.1 辨識算法
        3.1.1 遞推最小二乘算法辨識
        3.1.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波辨識
    3.2 船舶艏向模型參數(shù)辨識
        3.2.1 遞推最小二乘法辨識船舶模型
        3.2.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波辨識船舶模型
    3.3 本章小結(jié)
4 船舶航向控制器設(shè)計
    4.1 L₂閉環(huán)成形濾波控制器理論
    4.2 Lyapunov函數(shù)控制器設(shè)計
    4.3 基于L₂增益的船舶航向非線性魯棒控制器設(shè)計
    4.4 本章小結(jié)
5 實驗部分
    5.1 實驗環(huán)境
    5.2 船舶模型辨識實驗
        5.2.1 兩種算法辨識船舶模型實驗
        5.2.2 物理仿真實驗
    5.3 控制器實船實驗
    5.4 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果



本文編號：3925616