基于黃金分割的船舶航向自適應控制方法研究.pdf

1、本文通過對黃金分割法的學習和研究,設計了一種基于黃金分割法的船舶航向自適應控制器,并在船舶模型參數出現攝動和海浪干擾的情況下進行了仿真研究。
　　 作為船舶運動控制的主要研究設計課題,船舶的航向控制器設計一直是至關重要的環(huán)節(jié)。在現代社會中,船舶航行時的經濟性、安全性和舒適性都與船舶的航向控制器都有重要的關系。國內外的許多科研人員一直為改善船舶操縱性能而不懈的努力。在自適應控制系統(tǒng)的啟動過程中,如何保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)品質是

2、非常重要的問題。黃金分割自適應控制就是主要針對此類問題提出的。它是黃金分割與最小方差相結合的反饋控制策略。
　　 本文先對自動舵的發(fā)展歷史、國內外相關領域的研究現狀進行了回顧和總結。在分析了船舶航向操縱運動的動力學方程基礎上建立了數學模型以及風、浪、流的干擾數學模型。簡單介紹了船舶航向控制的基本原理,同時研究傳統(tǒng)的PID自動舵的數學模型及設計過程。詳細闡述了自動舵的控制原理。首先介紹了最小方差的控制與原理并得到了最小方差控制,其

3、次介紹了黃金分割法的基本原理,詳細推導了用黃金分割法設計控制器的過程,這種方法設計簡單,調試方便,魯棒性強,過渡過程甲穩(wěn),易于工程實現。并根據Jury穩(wěn)定判據,可以證明黃金分割與最小方差相結合的反饋控制策略對于不確定參數估值的穩(wěn)定性。特別是黃金分割自適應控制,其能保證參數未知系統(tǒng)在過渡過程階段,參數估計未收斂情況下閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定,對于控制性能要求一般的控制系統(tǒng),它不需要人在現場試湊控制器參數。以船舶航向控制為研究對象,用黃金分割法設計了船

4、舶航向控制器,為了便于學習和研究,首先設計了一種船舶模型參數已知的航向控制器,在取得滿意的仿真結果基礎上再對含有外界干擾和不確定參數的船舶模型設計自適應航向控制器。
　　 對設計的船舶航向控制器在Matlab的Simulink工具箱下進行了仿真驗證,仿真結果表明,所設計的黃金分割自適應航向控制器能夠很好的跟蹤航向的變化,控制舵角變化合理,沒有出現頻繁打舵情況,特別是當船舶模型參數出現大的攝動時,在控制器參數不變的情況下依然能取得