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《船舶航向非線性系統(tǒng)自抗擾控制器仿真的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、山東大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要船舶航向控制器的設(shè)計(jì)一直是船舶運(yùn)動(dòng)控制重要的研究課題之一，它與船舶航行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性密切相關(guān)。由于船舶的動(dòng)態(tài)具有大慣性、大時(shí)滯、非線性等特點(diǎn)，并且受模型參數(shù)攝動(dòng)以及船舶運(yùn)動(dòng)中風(fēng)、浪、流等外界干擾的影響，使得控制器的設(shè)計(jì)成為一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。自抗擾控*tJ(ADRC)技術(shù)是由韓京清研究員及其團(tuán)隊(duì)十幾年來(lái)創(chuàng)立的一種新的非線性控制方法。該方法不依賴于對(duì)象模型，將被控對(duì)象中的內(nèi)部動(dòng)態(tài)和外部干擾綜合為系統(tǒng)所受的未知干擾，通過(guò)設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)對(duì)其進(jìn)行總體的實(shí)時(shí)估計(jì)，并在反饋中合理引用非線性特性來(lái)
2、提高系統(tǒng)的魯棒能力。目前ADRC已在電機(jī)控制、機(jī)器人控制、飛行器控制等領(lǐng)域的一些實(shí)際問(wèn)題中得到了成功應(yīng)用。本文將ADRC用于船舶航向控制，并進(jìn)行了仿真研究。本文首先分析了傳統(tǒng)PID控制方法的不足，介紹了跟蹤微分器(TD)、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)、非線性狀態(tài)誤差反饋(NLSEF)和自抗擾控制器的基本原理，給出了自抗擾控制器的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。研究了船舶操縱基本原理和航向運(yùn)動(dòng)特性，建立了帶有舵機(jī)約束的響應(yīng)型非線性船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，分析了船舶受到的環(huán)境干擾，并建立了風(fēng)、浪、流干擾的數(shù)學(xué)模型。重點(diǎn)對(duì)船舶航向自抗擾控制方法進(jìn)行了研究：將船舶航
3、向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)看作舵機(jī)機(jī)構(gòu)和船舶運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的串聯(lián)，給出了系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖；討論了兩種船舶航向自抗擾控制器的設(shè)計(jì)方案，使用二階ADRC設(shè)計(jì)了船舶航向運(yùn)動(dòng)自抗擾控制器；采用s函數(shù)實(shí)現(xiàn)了ADRC控制算法，搭建了船舶航向運(yùn)動(dòng)自抗擾控制仿真平臺(tái)；總結(jié)了船舶航向自抗擾控制器的參數(shù)整定方法。對(duì)船舶航向自抗擾控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。結(jié)果表明，與經(jīng)過(guò)參數(shù)優(yōu)化的PID控制相比，基于ADRC的船舶航向控制系統(tǒng)在大角度航向切換、航向保持、外界干擾、參數(shù)攝動(dòng)、模型改變等條件下均具有良好的控制效果，具有很好的魯棒性和抗干擾能力。最后，針對(duì)仿真中自抗擾控制在小角度
4、航向切換時(shí)響應(yīng)速度慢的問(wèn)題，對(duì)山東大學(xué)碩士學(xué)位論文lI控制器進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)下一步工作進(jìn)行了展望。本文希望通過(guò)對(duì)自抗擾控制在航向運(yùn)動(dòng)控制中的研究，進(jìn)一步拓展自抗擾控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，也為船舶航向控制器控制策略的研究提供一種新的思路。關(guān)鍵詞：船舶航向控制；響應(yīng)型非線性船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型；自抗擾控制器山東大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTThedesignofshipcoursecontrollerisoneofthemostimportantresearchtopicsofshipmotioncontrol，whichisclosel
5、yrelatedtoship’Seconomic，securityandcomfort．Becauseofthehighinertia，strongtimelag，non—linearitycharacteristics，themodelparameterperturbations，aswellastheeffectsofwind，waveandcurrentdisturbances，designingahi曲performanceshipcoursecontrollerisalwaysaverycomplexissue．Th
6、eautodisturbancerejectioncontroller(ADRC)isanovelnonlinearcontrolframeproposedbyProf．Hanandhisresearchgroup．Withinthisframe，boththeintemaldynamicsandtheexternaldisturbancesofcontrolledplantaretreatedasunknowndisturbancesthatcanbeestimatedbytheuniqueextendedstateobse
7、rver(ESO)．Thiscontrolmethodisprovedtobeveryeffectivebecauseitdoesnotoverlydependonmathematicalmodeloftheplantanditcancompensatefortheinternalandexternaldisturbancesdynamically．Now,ADRChasbeensuccessfullyappliedinvariousareassuchaselectricmachinecontrol，robotcontrol，
8、flightcontr01．ThispaperadoptsADRCtotheshipcoursecontrolandsimulationstudiesaredone．Firstly,thedefectsoftraditionalPIDcontrolmethodsaredisc
