基于滑模變結(jié)構(gòu)的船舶航向控制研究.pdf

1、在現(xiàn)代船舶運動系統(tǒng)中，船舶自動舵(亦稱自動操作駕駛儀)是船舶控制系統(tǒng)核心部分的重要裝置之一。自動舵的性能決定了船舶航行的安全性與經(jīng)濟(jì)性，也決定了是否能解決船舶動力定位、自動避障和船舶跟蹤航跡等問題，對于自動舵的研究一直是船舶控制領(lǐng)域的熱點關(guān)注問題，也是世界船舶領(lǐng)域里最基本的研究課題。因此，通常人們將自動舵對船舶運動控制的操縱性能作為評價船舶操縱性能好壞的指標(biāo)之一。隨著先進(jìn)導(dǎo)航設(shè)備的出現(xiàn)，人們對船舶的控制要求也越來越高了，船舶航跡控制將會

2、是主要的發(fā)展方向。由于船舶在航行中會受到風(fēng)、浪、流以及航行在淺水域、窄航道等環(huán)境中綜合擾動產(chǎn)生的不確定性；船舶運動具有的非線性、時滯性、大慣性等特性以及航速、裝載變化產(chǎn)生模型的參數(shù)攝動等因素共同影響船舶的魯棒性控制。因此，強(qiáng)魯棒性也將是船舶航向控制器未來主要研究目標(biāo)。然而針對模糊控制與滑模變結(jié)構(gòu)控制本身都具有較強(qiáng)的魯棒性，將它們相結(jié)合可以得到一個優(yōu)勢互補(bǔ)的算法具有非常的重要意義，故在本文里研究船舶航向控制運動將采用模糊理論與變結(jié)構(gòu)控制理

3、論，設(shè)計一種綜合型的智能控制器，并進(jìn)行仿真驗證。
　　 本文對船舶運動控制技術(shù)的研究背景、智能控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及自動舵控制策略的概況進(jìn)行了綜述。首先，分析了船舶操縱運動平面方程以及動力學(xué)方程，建立了船舶運動的非線性模型、響應(yīng)型模型以及風(fēng)、浪、流的干擾數(shù)學(xué)模型。其次，簡單介紹了船舶航向控制基本原理及性能指標(biāo)，同時也介紹了變結(jié)構(gòu)控制控理論基礎(chǔ)。在分析了變結(jié)構(gòu)控制存在抖振的基礎(chǔ)上，為使船舶能在不同海況下按所要求的改變船舶航向或者保持

4、航向穩(wěn)定狀態(tài)，提出了一種變結(jié)構(gòu)控制的算法。接著分析了船舶航向控制這一被控對象的特殊性，在此基礎(chǔ)上提出并設(shè)計了船舶航向變結(jié)構(gòu)控制器，通過仿真驗證這種變結(jié)構(gòu)控制器相對于PID控制器有更強(qiáng)的魯棒性，為了達(dá)到一定程度上削弱抖振而不降低系統(tǒng)的魯棒性的目的，并且為了進(jìn)一步提高滑模控制器的控制性能，又設(shè)計了模糊滑模控制器(FSMC)。充分發(fā)揮模糊控制和滑?？刂聘髯缘膬?yōu)點，有利于提高船舶航向控制系統(tǒng)的控制精度和快速響應(yīng)時間。本文最后給出了各個控制器的仿