【摘 要】
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船舶在海上航行过程中,受到外部环境风、浪、流等干扰的影响,导致船舶航向控制系统中存在明显的不确定性。同时,船舶运动具有非线性的特点。因此,研究鲁棒自适应性能好的非线
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船舶在海上航行过程中,受到外部环境风、浪、流等干扰的影响,导致船舶航向控制系统中存在明显的不确定性。同时,船舶运动具有非线性的特点。因此,研究鲁棒自适应性能好的非线性船舶航向控制器成为研究热点。本文把海面上运动的船舶当作研究对象,采用Backstepping控制算法,对船舶航向控制进行了研究,主要完成了以下工作:1.考虑到海况复杂多变,探讨了环境扰动力(风、浪、流)的数学模型。从运动学和动力学的角度,对船舶运动的动态特性、船舶水动力特性进行探讨分析,建立了船舶运动数学模型。2.针对带有参数不确定的船舶航向非线性控制系统,基于反步法的设计理论,结合自适应控制算法,设计了船舶航向控制器。3.同时考虑到系统中存在的饱和现象,并且考虑到非线性船舶航向控制中的船舶参数和扰动的不确定性,采用了一种基于辅助系统的算法,设计了相应的航向保持控制器。4.在以上的基础上,同时考虑干扰和系统的输入饱和现象的存在,将非线性干扰观测器(NDO)和自适应控制算法相结合,设计的控制器可以不依赖系统模型,直接构建干扰观测器,鲁棒性更强。本文讨论的算法都能保证系统闭环稳定性,并且后两项工作考虑到系统的输入饱和现象,进一步增强系统的实用性,控制效果良好。Matlab仿真验证了算法的有效性。
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