欠驅(qū)動水面船舶的鎮(zhèn)定控制研究.pdf

1、如今在控制科學領域各國研究學者們主要關注的熱點問題是如何實現(xiàn)用較少的控制輸入達到對多自由度被控對象的控制，這類問題是一類欠驅(qū)動控制問題。欠驅(qū)動系統(tǒng)指控制輸入數(shù)目比系統(tǒng)的廣義坐標變量或自由度數(shù)目少的系統(tǒng)。對欠驅(qū)動船舶的研究意義在于不僅能降低系統(tǒng)費，而且控制器的減少可減輕船舶重量。
　　本文研究關于欠驅(qū)動水面船舶的鎮(zhèn)定控制問題，且重點考慮了欠驅(qū)動水面對稱船舶和欠驅(qū)動水面不對稱船舶的鎮(zhèn)定。通常船舶只有左右對稱性，而沒有前后對稱性，這就意

2、味著數(shù)學模型中慣性參數(shù)矩陣M以及阻尼矩陣D(v)的非對角元素不為零。然而，現(xiàn)有的大量針對船舶鎮(zhèn)定控制研究的文獻中，都默認船舶為對稱船舶，即船舶前后左右都對稱，也就是忽略了上述的非對角元素，弱化了運動狀態(tài)之間的耦合特性。本文將針對只具有螺旋槳以及舵機的水面船舶（即是欠驅(qū)動水面船舶）分別展開欠驅(qū)動對稱船舶和欠驅(qū)動不對稱船舶的鎮(zhèn)定控制研究。
　　本文以常規(guī)的水面船舶為研究對象，從運動學特性和動力學特性兩個方面介紹了三個自由度的水面船舶動

3、態(tài)特性，并建立了欠驅(qū)動對稱和不對稱船舶的數(shù)學模型。對欠驅(qū)動水面對稱和不對稱船舶進行微分同胚變換，并證明了只要其中是一個子系統(tǒng)能夠達到漸進穩(wěn)定，即可說明整個系統(tǒng)也能實現(xiàn)漸進穩(wěn)定。同時介紹了一類用全局指數(shù)穩(wěn)定控制法設計的控制律，此方法為欠驅(qū)動不對稱船舶鎮(zhèn)定控制的研究提供了分析的方法以及思路。
　　通過反步法和級聯(lián)系統(tǒng)理論結(jié)合，把經(jīng)過微分同胚變換后的欠驅(qū)動水面船舶系統(tǒng)分解為兩個子系統(tǒng)經(jīng)積分環(huán)節(jié)串聯(lián)的方式，使用李雅普諾夫函數(shù)設計控制器穩(wěn)定