船舶航向控制器設(shè)計(jì)

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1、中文摘要摘要20世多P,90年代初，出現(xiàn)了以Kokotovic及其合作者發(fā)展起來的backstepping設(shè)計(jì)方法，它是一種運(yùn)用系統(tǒng)化的方式同時(shí)構(gòu)造反饋控制律和相關(guān)聯(lián)的控制李雅普諾夫函數(shù)的循環(huán)非線性設(shè)計(jì)方法，近年來引來了越來越多的學(xué)者的高度重視，它具有很好的設(shè)計(jì)柔韌性，設(shè)計(jì)者可利用“好的”非線性項(xiàng)，通過增加非線性阻尼來控制“壞的”非線性項(xiàng)，是目前解決不確定非線性系統(tǒng)控制問題的最有效途徑之一。為了研究的需要，本文介紹了一些Ly印unov穩(wěn)定性的相關(guān)知識(shí)及backstepping的設(shè)計(jì)原理。由于船舶運(yùn)動(dòng)具有大慣性、大滯后以及受外界干擾等特點(diǎn)，使

2、得實(shí)際船舶的航向控制成為一個(gè)含有不確定性的非線性控制問題，因此，如何將有效的控制算法應(yīng)用于船舶運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域顯得更為重要。本文給出了具有不確定性的船舶航向控制系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型，并介紹了船舶航向控制的基本知識(shí)和控制原理。積分控制對(duì)于控制系統(tǒng)具有消除靜差提高系統(tǒng)性能的作用，這種理論為后來的PID控制器設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。在現(xiàn)代工業(yè)控制設(shè)計(jì)中，帶積分環(huán)節(jié)的非線性控制器設(shè)計(jì)已經(jīng)應(yīng)用到船舶控制器設(shè)計(jì)中。本文基于含有匹配不確定項(xiàng)的Norrbin非線性船舶數(shù)學(xué)模型，將backstepping算法和非線性阻尼算法相結(jié)合設(shè)計(jì)船舶航向控制器，利用非線性阻尼來抵消系統(tǒng)

3、的不確定項(xiàng)，同時(shí)為了更好地改善系統(tǒng)的性能，在設(shè)計(jì)過程中引入了積分項(xiàng)；由于目前一般船舶只有電羅經(jīng)用于測(cè)量船舶的航向角，還沒有測(cè)量船舶航向角速度的設(shè)備，因此，針對(duì)Norrbin非線性船舶模型設(shè)計(jì)了一種輸出反饋控制器，首先利用觀測(cè)器對(duì)船舶航向角速度進(jìn)行估計(jì)，然后再設(shè)計(jì)船舶航向控制器。最后通過應(yīng)用Matlab／Simulink進(jìn)行仿真，結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的兩個(gè)船舶航向控制器均是有效的。關(guān)鍵詞：Backsteppingl非線性阻尼；Lyapunovl船舶航向控制；積分器英文摘要DesignofshipcoursecontrollerAbstractAtt

4、hebeginningof1990’S，backsteppingwasdevelopedbyKokotovicandhiscopartners，itisakindofcirculativenonlineardesignmethodthatusessystematicwaytoconstructfeedbackmethodandsimultaneouscorrelativecontrolLyapunovfunctionandSOmoreandmorescholarspayattentiontoit．Becauseithasverygoodfl

5、exibility，peoplecanuse“good”nonlinearitemthroughintroducingnonlineardampingtocontrol“bad”nonlinearitem．Nowbacksteppingdesignmethodisoneofthemosteffectivemethodstosettlecontrolproblemsinnonlinearsystemwithuncertainty．TheknowledgeaboutLyapunovstabilityandthetheoremofbackstep

6、pingdesignmethodarepresentedinthispaper．Infact，theshipcoursecontrolisanonlinearproblemwithuncertainty，becausetheshipmovementhasthegreatinertiahystereticcharacteristics，inadditionitisdisturbedbyenvironment，SOitismoreimportanttoapplysomemoreeffectivecontrolalgorithmtotheship

7、motioncontrolfield．Inthisarticle，thenonlinearshipmovementmathematicalmodelwithuncertainty，thebasicknowledgeandthecontrolprincipleofshipcoursecontrolareintroduced．Integralcontrolhastheuseofcancelingbiasandimprovingtheperformanceofthecontroller，itpavesthewayforwhatlateriskno

8、wnasthePIDcontroller．Morerecently，nonlinearcontroldesignswithintegralactionincludedhavebe