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1、大連海事大學碩士學位論文船舶航向保持中的混沌及魯棒控制姓名：朱璐申請學位級別：碩士專業(yè)：交通信息工程及控制指導教師：張顯庫20090601中文摘要摘要船舶是一個多變量耦合、非線性、大時滯、大慣性的復雜動態(tài)系統(tǒng)；船舶航速的變化以及裝載增減造成模型參數(shù)的變化；并且航行環(huán)境的干擾，如海浪產生艏向的高頻振蕩，從本質上也可轉換成船舶模型的參數(shù)和結構的攝動。這些因素使得船舶在航向保持控制過程中，可能會出現(xiàn)混沌運動。混沌運動對船舶航向保持起了消極破壞作用，將導致船舶偏離航向或失控。因此，判斷船舶運動過程中是否出現(xiàn)混沌以及能否控制混沌，對研究航
2、向保持控制具有很重要的理論和現(xiàn)實意義。本文首先介紹了混沌的定義、混沌的特征和_些典型的混沌方程及其相圖，討論了通向混沌的道路及混沌的判別方法，并給出了航向保持控制系統(tǒng)的船舶廣義數(shù)學模型。然后，由于該運動模型與受迫型Duffing方程的相似性，借鑒Holmes對Duffing方程的研究方法，利用微分動力系統(tǒng)理論、分岔理論和混沌理論等來研究船舶航向保持控制，驗證了該過程中能出現(xiàn)混沌現(xiàn)象：系統(tǒng)存在大于O的Lyapunov指數(shù)、分數(shù)維、連續(xù)的功率譜。最后，設計非線性控制器，應用于船舶航向保持中的混沌控制：利用精確反饋線性化原理，將船舶廣
3、義模型非線性部分對消，加上一個線性控制器，其中線性控制器的設計采用閉環(huán)增益成形算法。該算法具有設計過程簡單、物理意義明顯的優(yōu)點。本文通過Matlab的Simulink工具箱對控制結果進行了仿真，給出了加入白噪聲和±10％的模型攝動下，轉艏角速度和船艏向角隨時間的變化曲線。仿真結果表明，設計的非線性控制器有較強的魯棒性，可以成功抑制船舶航向保持控制中的混沌現(xiàn)象，并使系統(tǒng)具有較好的航向保持性能。關鍵詞：船舶；混沌；航向保持；閉環(huán)增益成形：魯棒控制英文摘要AbstractShipisacomplexanddynamicsystemwh
4、ichismulti-variablecoupledandnonlinearwithlargedelayandlargeinertia．Changesofspeedandloadinghaveinfluenceonmodelparameters．Andnavigationenvironmentdisturbancessuchaslligh—frequencyofbowbywave，canalsobeconvertedintotheperturbationofmodelparametersandstructureforshipse
5、ssentially．Forthesefactors，chaosmotionispronetooccurincoursekeepingcontrolforships．Chaosmotion，whichplaysadestructiveroleiIlcoursekeeping，willcauseshipstodeviatefromcourseorbeoutofcontr01．Therefore，determiningwhetherchaosmergesandbecontrolledornotmtheprocessofshipmot
6、ionhastheoreticalandpracticalsignificanceontheresearchofcoursekeeping。Firstly，thepaperintroducesthedefinition，characteristicsOfchaosandsometypicalchaosequationswithphasediagrams，studiestheroadleadingtochaosandmethodsforidentifyingchaos，alsoliststhegeneralizedmathemat
7、icalmodelforcoursekeepingcontrolsystemofships．Then，becausethemodelissimilartoforcedDuffingequation，fromHolmes’SmethodologyonDuffingequation,thepapermakesuseoftheoryofdifferentialdynamicalsystem，bifurcationandchaostostudyCOUrSekeepingcontr01．Chaosphenomenonisverified，
8、thatis，thesystemhasLyapunovexponentgreaterthan0，fractaldimensionandcontinuouspowerspectrum．Finally，thisthesisdesignsnonlinearcontro
