基于自抗扰的船舶航迹控制研究

【摘要】随着人类海洋工程活动的不断增加,人们对装备动力定位系统船舶的姿态和运行航迹的控制要求越来越高。自抗扰控制技术是一种结合PID控制与现代控制理论精华的全新控制技术,是一种能够抵抗外扰、不依赖精确数学模型、控制精度高、鲁棒性强的控制方法,适合应用于船舶运动控制这样具有强扰动、大惯性、大时滞的非线性系统。因此本文基于自抗扰控制技术研究船舶运动中的航迹控制问题,并采用三维技术进行仿真。根据刚体运动学与刚体动力学基本方程,建立简化的控制用线性船舶运动方程。建立影响船舶运动的风浪流数学模型作为船舶运动的外扰。与通过机理和辨识建模得到的精确船舶运动模型进行对比,验证简化模型的正确性和船舶低速运动时的精确性。研究线性自抗扰控制算法和航迹控制策略。研究自抗扰控制器的结构和原理。根据船舶运动模型的特点,设计线性自抗扰控制器,解决自抗扰控制器参数繁多、非线性环节稳定性不易证明的问题。采用三(?)法,设置线性自抗扰控制器的参数,降低了自抗扰控制器参数设定的难度。采用自抗扰控制思想中的安排过渡过程的方法,使船舶输出量可以良好的跟随系统的输入量的变化,使船舶输出量的导数与系统输出量的导数近似相等,从而实现了既可以控制船舶方位又可以控制船舶运动速度和转艏角速度的功能。并在MATLAB/Simulink中对船舶航迹控制运动仿真进行分析,验证了自抗扰控制方法的有效性。本文基于Unity3D引擎,设计了三维船舶航迹仿真程序和GUI界面,使仿真变得直观形象。使用C#语言编写线性自抗扰控制器算法和船舶运动模型,同时验证了自抗扰控制器易于程序实现,需要计算机资源小的优点。
【作者】杜尧；
【导师】曹辉；唐志杰；
【作者基本信息】大连海事大学，船舶与海洋工程，2014，硕士
【关键词】动力定位；航迹；自抗扰；Unity3D；

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