船舶直线航行控制方案研究

随着船舶向着高速化、大型化和自动化方向发展,世界航运业进一步繁荣,同时也造成了海上交通密集和拥堵现象。为了提高船舶的航行安全,降低船舶操纵人员的劳动强度以及减少油耗,必须对船舶的航向和航迹进行精确控制。本文基于滑模控制理论和自抗扰控制技术,设计一种非线性船舶航向控制器,并研究船舶直线航行的控制方案。     

船舶直线航迹控制的滑模自适应反步控制

对船舶在直线航迹运行过程中的控制方法进行研究。针对普通的控制方法没有涉及环境干扰和船舶的模型摄动等方面的影响,提出改进型的积分型船舶反步自适应滑模控制方法并将改进后的控制方法运用在船舶控制系统中。软件仿真结果表明,改进后的船舶控制器可改善系统的全局稳定性,同时也解决了船舶滑模控制器的"抖振"问题。     

风帆助航船舶直线航迹跟踪的自适应非线性迭代滑模控制

针对风帆助航船舶易受风、浪等因素的影响产生航线偏离的特点,提出一种自适应非线性迭代滑模直线航迹跟踪控制方法。该方法利用双曲正切函数设计系统状态的非线性迭代滑动模态,采用模糊系统对滑模控制参数进行优化,增强控制器的自适应能力。通过定义一种控制量抖振测量变量和自适应启发评价函数,对模糊系统的结构参数进行在线调整,很好地抑制控制量的抖振。将该控制器应用到风帆助航船舶直线航迹控制领域中,结果表明,该控制器能有效地处理风、浪等外界扰动,跟踪控制性能良好,具有较强的鲁棒性。     

基于扩张观测器的船舶动力定位系统反演滑模变结构控制

针对海洋平台船舶动力定位控制系统,结合反演滑模控制与扩张观测器的优势,提出一种基于扩张观测器的船舶动力定位反演滑模控制方法。考虑到系统存在未知外部干扰以及船舶模型参数不确定性的问题,将系统分为内环观测器和外环控制器分别设计,首先利用扩张观测器估计系统的未知状态及不确定项,然后在外环的反演滑模控制器中进行补偿,最后用Lyapunov方法证明系统的稳定性。通过船舶定点控制仿真实验表明,基于扩张状态观测器的反演滑模控制器使得船舶纵荡和横荡的位置及首摇角度逐渐保持在期望值,具有较强的鲁棒性和控制性,能够有效抑制传统滑模控制的抖振问题,有益于船舶工程应用。     

基于扩张观测器的船舶动力定位系统反演滑模变结构控制

针对海洋平台船舶动力定位控制系统,结合反演滑模控制与扩张观测器的优势,提出一种基于扩张观测器的船舶动力定位反演滑模控制方法.考虑到系统存在未知外部干扰以及船舶模型参数不确定性的问题,将系统分为内环观测器和外环控制器分别设计,首先利用扩张观测器估计系统的未知状态及不确定项,然后在外环的反演滑模控制器中进行补偿,最后用Lyapunov方法证明系统的稳定性.通过船舶定点控制仿真实验表明,基于扩张状态观测器的反演滑模控制器使得船舶纵荡和横荡的位置及首摇角度逐渐保持在期望值,具有较强的鲁棒性和控制性,能够有效抑制传统滑模控制的抖振问题,有益于船舶工程应用.     

船舶航迹跟踪的滑模控制

为了解决船舶路径跟踪中的非线性问题,在建立船舶非线性模型的基础上,采用指数趋近律,设计了船舶轨迹跟踪的滑模控制器,分别进行了动态直线跟踪和环形跟踪仿真试验,仿真结果表明,船舶动态轨迹跟踪性能良好,能精确保持航迹。     

基于输入输出线性化的航迹滑模控制及仿真

针对船舶航迹控制系统的非线性及易受外部干扰的特点,提出了一种基于输入输出线性化的航迹滑模控制策略。通过定义输出变量将非线性航迹控制系统转化为线性系统,然后采用指数趋近律的滑模控制方法设计控制器,使得设计的非线性控制律直观简洁,鲁棒性好。通过SIMULINK仿真验证了该算法的有效性。     

基于反馈线性化的船舶自动舵动态滑模控制

针对船舶自动舵的航向控制问题,结合高阶滑模和动态滑模控制的设计思想设计了一种船舶自动舵动态滑模控制器.首先设计出包含舵机特性的船舶航向控制仿射非线性系统模型,其次通过状态反馈的方法将原模型变为等价的完全可控型线性化系统,然后设计出动态滑模控制器.仿真结果表明,所设计的动态滑模控制器不仅能很好的自动跟踪设定的航向,而且能有效的抑制系统的抖振现象,达到设计目的,为研究船舶自动舵控制提供一种参考.     

滑模控制船舶动力定位控制系统研究

为了提高动力定位船舶或作业平台在复杂海况条件下的定位精度,对动力定位船舶的控制器进行设计研究,通过建立简化的船舶三自由度数学模型,采用滑模变结构控制方法进行控制器的设计,并基于李雅普诺夫函数进行稳定性分析,通过软件进行仿真验证,仿真结果表明,在存在外界环境干扰的条件下,所设计的滑模控制器能够较好的保持系统的稳定性和鲁棒性,控制性能良好,对进一步研究动力定位船舶的控制系统有一定的参考意义。     

船舶航向模糊滑模控制及仿真

为了削弱抖振,结合模糊控制和滑模变结构控制的特点,并按照航向保持和航向改变的控制要求,设计了一种组合式航向控制器.当航向偏差较大时采用基于指数趋近律的滑模控制以缩短操舵时间,反之则采用模糊滑模控制柔化控制信号.仿真结果表明,所设计的模糊滑模控制器无论在响应时间还是在超调量上都优于常规滑模控制器,并对系统的参数摄动和外扰具有强鲁棒性,能满足船舶航向实时控制要求.