基于滑模的船舶直线航迹控制设计及优化

【摘要】近些年来,针对船舶直线航迹控制的研究受到国内外专家、学者的广泛关注。船舶直线航迹控制研究可以改善船舶控制效率,保证航行安全,并且能够缩减航次时间、减少能源消耗,所以,针对船舶直线航迹控制的研究具有显著的意义。本文的研究对象是船舶直线航迹跟踪控制,采用的控制算法为滑模变结构。由于船舶的航迹控制比较复杂,直接设计控制律较困难。本文通过滑模变结构控制算法将控制对象依次转换,最终转换到对船舶的航速及舵角的控制层面。本文的航迹跟踪控制设计中的积分项内部加入了微分项,使得在控制过程中避免超调的出现,使得控制过程更加稳定。由于在现实中的船舶操纵性并非一成不变,且外界环境存在较多变化。因此,若控制器内部参数不变无法达到控制效果的要求。本文利用滑模嵌套设计将控制器内部参数关系固定,从而能够达到同时优化而不影响控制品质。在此基础上,将设计参数与船舶控制输入输出建立一定函数关系,使得控制参数可以随着控制效果进行自动优化,最终实现既满足舵角不可过大,又能够较快的回归计划航迹线控制要求。本文应用MATLAB中的Simulink软件设计了船舶直线航迹跟踪控制仿真程序,通过仿真证明了该控制设计具有良好的航迹控制效果,且对外届风、浪、流等干扰具有较强的鲁棒性。同时,仿真结果表明,控制器的参数自动优化功能能够满足控制效果的自我完善要求。
【作者】王波；
【导师】卜仁祥；
【作者基本信息】大连海事大学，交通运输工程，2014，硕士
【关键词】欠驱动船舶；直线航迹控制；滑模控制；参数自动优化；

【参考文献】
[1]郭洪娜.网络化数字视频监控系统的研究与开发[D].武汉理工大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[2]康伟,刘磊,徐敏,雷鹏飞,张家忠.低雷诺数下翼面局部振动增升机理研究[J].航空学报.
[3]周真娜.段注“浑言”“析言”考[D].广西师范大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[4]王建强.大吨位桥式起重机结构参数化三维设计与性能分析[D].太原科技大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[5]岳杰.植物三维点云修补方法研究[D].首都师范大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[6]余弢.基于信息规则的网络游戏产业竞争战略研究[D].电子科技大学,2004.
[7]毛娟娟.我国老年人刑事责任及其实现方式研究[D].华侨大学,法律,2014,硕士.
[8]李维.师范生“整合技术的学科教学知识（TPACK）”的研究[D].华中师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[9]付毅.自体耳屏软骨的解剖学研究及在鼻尖整形中的临床应用[D].遵义医学院,整形外科（专业学位）,2012,硕士.
[10]邓幽燕.英文电影片段教学对大学低水平学习者听力理解的影响[D].湖南大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[11]赵欣.有限时间控制及控制器设计[D].东北大学,运筹学与控制论,2010,硕士.
[12]徐婕.论网络时代的舆论监督与隐私权保护[D].南京大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[13]唐浩漾,王曙光,史浩山.基于场景检测的自适应Intra帧差错掩盖算法[J].计算机工程与应用.
[14]林原羽.文化人类学视域下的叶广芩小说研究[D].河北大学,中国现当代文学,2014,硕士.
[15]丁宗鹏.图的符号控制及其拓广[D].华东交通大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[16]程军奇.近52年甘肃黄土高原极端降水事件的变化特征[D].西北师范大学,自然地理学,2013,硕士.
[17]张阳雷.基于生态城市建设的城乡结合部改造研究[D].宁波大学,人文地理学,2013,硕士.
[18].“交通7+1论坛”第三十八次会议[J].交通运输系统工程与信息,2015,02:239.
[19]付艳辉.基于图像特征和压缩的数字水印技术研究[D].杭州电子科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[20]张晓阳,霍达,杨俊学.活性知识组件(LKC)的概念、原型及实现[J].计算机工程与应用,2003,16:32-35.
[21]谢斌.策略驱动的空间信息服务协同自组合关键技术研究[D].浙江大学,2010.
[22]辛琪.临边大气辐射特性研究[D].哈尔滨工业大学,动力工程,2014,硕士.
[23]张钧.高中语文研究性阅读教学的思考与实践[D].东北师范大学,教育,2003,硕士.
[24]陈楠.两套中级对外汉语阅读教材的词汇练习考察与分析[D].中山大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[25]孙逸群.高校教师绩效评估体系构建研究[D].安徽大学,公共管理,2012,硕士.
[26]尹珊珊.漳浦诒安堡周边农村住宅的居住模式演变研究[D].华侨大学,建筑设计及其理论,2014,硕士.
[27]尚明芳.库区变动回水段港口工程设计水位确定方法研究[D].重庆交通大学,港口、海岸及近海工程,2012,硕士.
[28]董晶.RNA干扰技术沉默iNOS基因对宫颈癌细胞株增殖活性及VEGF表达的影响[D].复旦大学,妇产科学,2012,博士.
[29]罗茜.传播学视阈下的商业微电影研究[D].重庆工商大学,传播学,2014,硕士.
[30]李威.比较视野中的纪录片研究[D].苏州大学,传播学,2003,硕士.
[31]王焕栋,李海鹰,苗建瑞,从景帅.铁路站场平面辅助设计系统的设计与开发[J].铁道标准设计,2014,12:51-55.
[32]苗志强.物联网智能家居家庭网关系统设计与实现[D].长安大学,计算机技术（专业学位）,2014,硕士.
[33]张中.兔寰枢椎前脱位不全脊髓损伤早期病理变化的实验研究[D].南方医科大学,骨外科,2012,硕士.
[34]周昊.羊绒纤维表面聚合物修饰及其性能研究[D].浙江理工大学,纺织工程,2013,硕士.
[35]朱瑞静.鄂尔多斯盆地西南部上古生界天然气成藏特征研究[D].长安大学,矿产普查与勘探,2014,硕士.
[36]杜淼.非物质设计与生活形态研究[D].大连工业大学,设计艺术学,2009,硕士.
[37]陈航.高强钢板热冲压成形极限线数值模拟和试验研究[D].哈尔滨工业大学,2013.
[38]苟小军.磁-电-弹性层状复合材料多耦合场力学行为的研究[D].兰州大学,固体力学,2013,硕士.
[39]格藏才让.“却拥”关系：安多藏区寺院与拉戴共生关系中的一个本土概念之研究[D].西南民族大学,民族学,2014,硕士.
[40]宋晓慧.支持多客户端网站系统的研究与实现[D].大连海事大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[41]李萌.网络时代下大学生孤独感现状分析及教育引导研究[D].南京邮电大学,教育技术学,2013,硕士.
[42]赵清富.外商直接投资与中国经济增长关系的研究[D].对外经济贸易大学,国际经济与贸易,2004,硕士.
[43]哈月娇.社会经济排放情景的降尺度与变尺度研究[D].清华大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[44]杨武韬.一款高性能高稳定性的BUCK型DC-DC稳压器的分析与设计[D].湖北大学,无线电物理,2011,硕士.
[45]谷明琴,蔡自兴,李仪,任孝平.基于多模型表示的交通标志识别算法设计[J].控制与决策,2013,06:844-848.
[46]王改青.注意缺陷多动障碍的环境病因研究[D].山西医科大学,儿童心理学,2002,硕士.
[47]张玉娇.轴承钢表面电火花沉积银层组织结构及摩擦磨损性能研究[D].哈尔滨工业大学,材料学,2014,硕士.
[48]李亚丹.竞争与情绪对顿悟的原型启发效应的影响[D].西南大学,发展与教育心理学,2013,硕士.
[49]刘桂静.基于（氧化）石墨烯/聚吡咯复合材料的非对称电容器[D].华侨大学,2014.
[50]邵吉光.独立试验次数的数字特征[J].北京交通大学学报,2014,06:106-111.