船舶航向控制器設計

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1、中文摘要摘要20世多P,90年代初，出現(xiàn)了以Kokotovic及其合作者發(fā)展起來的backstepping設計方法，它是一種運用系統(tǒng)化的方式同時構造反饋控制律和相關聯(lián)的控制李雅普諾夫函數(shù)的循環(huán)非線性設計方法，近年來引來了越來越多的學者的高度重視，它具有很好的設計柔韌性，設計者可利用“好的”非線性項，通過增加非線性阻尼來控制“壞的”非線性項，是目前解決不確定非線性系統(tǒng)控制問題的最有效途徑之一。為了研究的需要，本文介紹了一些Ly印unov穩(wěn)定性的相關知識及backstepping的設計原理。由于船舶運動具有大慣性、大滯后以及受外界干擾

2、等特點，使得實際船舶的航向控制成為一個含有不確定性的非線性控制問題，因此，如何將有效的控制算法應用于船舶運動控制領域顯得更為重要。本文給出了具有不確定性的船舶航向控制系統(tǒng)非線性數(shù)學模型，并介紹了船舶航向控制的基本知識和控制原理。積分控制對于控制系統(tǒng)具有消除靜差提高系統(tǒng)性能的作用，這種理論為后來的PID控制器設計打下基礎。在現(xiàn)代工業(yè)控制設計中，帶積分環(huán)節(jié)的非線性控制器設計已經(jīng)應用到船舶控制器設計中。本文基于含有匹配不確定項的Norrbin非線性船舶數(shù)學模型，將backstepping算法和非線性阻尼算法相結合設計船舶航向控制器，利用

3、非線性阻尼來抵消系統(tǒng)的不確定項，同時為了更好地改善系統(tǒng)的性能，在設計過程中引入了積分項；由于目前一般船舶只有電羅經(jīng)用于測量船舶的航向角，還沒有測量船舶航向角速度的設備，因此，針對Norrbin非線性船舶模型設計了一種輸出反饋控制器，首先利用觀測器對船舶航向角速度進行估計，然后再設計船舶航向控制器。最后通過應用Matlab／Simulink進行仿真，結果表明所設計的兩個船舶航向控制器均是有效的。關鍵詞：Backsteppingl非線性阻尼；Lyapunovl船舶航向控制；積分器英文摘要Designofshipcoursecontro

4、llerAbstractAtthebeginningof1990’S，backsteppingwasdevelopedbyKokotovicandhiscopartners，itisakindofcirculativenonlineardesignmethodthatusessystematicwaytoconstructfeedbackmethodandsimultaneouscorrelativecontrolLyapunovfunctionandSOmoreandmorescholarspayattentiontoit．Be

5、causeithasverygoodflexibility，peoplecanuse“good”nonlinearitemthroughintroducingnonlineardampingtocontrol“bad”nonlinearitem．Nowbacksteppingdesignmethodisoneofthemosteffectivemethodstosettlecontrolproblemsinnonlinearsystemwithuncertainty．TheknowledgeaboutLyapunovstabili

6、tyandthetheoremofbacksteppingdesignmethodarepresentedinthispaper．Infact，theshipcoursecontrolisanonlinearproblemwithuncertainty，becausetheshipmovementhasthegreatinertiahystereticcharacteristics，inadditionitisdisturbedbyenvironment，SOitismoreimportanttoapplysomemoreeffe

7、ctivecontrolalgorithmtotheshipmotioncontrolfield．Inthisarticle，thenonlinearshipmovementmathematicalmodelwithuncertainty，thebasicknowledgeandthecontrolprincipleofshipcoursecontrolareintroduced．Integralcontrolhastheuseofcancelingbiasandimprovingtheperformanceofthecontro

8、ller，itpavesthewayforwhatlaterisknownasthePIDcontroller．Morerecently，nonlinearcontroldesignswithintegralactionincludedhavebe