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.     

基于滑模控制算法的船舶动力定位系统控制仿真研究

针对船舶动力定位控制系统非线性的特点及控制过程难以优化,性能易随外界环境及负载变化而改变,本文提出了一种基于滑模控制算法的船舶动力定位系统控制方法。首先,探讨了动力定位系统数学模型的选取;然后介绍了滑模控制方法的原理及具体算法;最后通过Simulink对该算法进行了仿真验证,验证了滑模控制算法对船舶动力定位系统控制的有效性。     

动力定位船舶的自适应滑模观测器设计

针对含有未知扰动等不确定性的船舶动力定位系统,在系统不确定性不满足匹配条件的情况下,提出了一种自适应滑模观测器的设计方法。首先通过构造辅助输出使匹配条件得以满足,设计高增益观测器估计含有未知变量的辅助输出;接着基于滑模变结构理论对带有辅助输出的新系统进行观测器设计,通常船舶动力定位系统的不确定性上界值未知,采用自适应律调整滑模面增益,保证系统鲁棒性的同时还可避免增益取值过大而造成的抖振问题;然后将观测器增益矩阵的设计转化为求解线性矩阵不等式约束的优化问题;最后通过仿真验证了所提方法的有效性。     

基于扩张状态观测器的小水线面双体船终端滑模控制

针对小水线面双体(SWATH)船运动控制问题,设计了带有扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)的终端滑模控制器。首先,针对SWATH船在随机海浪作用下的运动问题,建立了带有系统复合扰动的非线性运动模型;进而,考虑到系统存在的参数摄动和海浪扰动的复杂性、随机性,将系统分为内环观测器和外环控制器分别设计;利用一个线性ESO对系统的复合扰动进行估计,并在外环终端滑模控制器中进行补偿;最后,利用Lyapunov理论得到了系统的渐进稳定结论。仿真结果表明,带有ESO的终端滑模控制方法能够有效实现SWATH船的运动控制,线性ESO能够准确估计出系统的复合扰动,且终端滑模控制器能够使系统状态快速收敛。     

基于扰动观测器的船舶动力定位反步控制

针对船舶动力定位系统模型受到风浪流等环境未知有界扰动的问题,提出一种基于干扰估计补偿的反步控制算法。首先基于滑模面有限时间收敛特点设计干扰观测器,在有限时间内实现对未知有界干扰的估计,并采用一阶低通滤波器连续化干扰观测器估计值,减少抖振;然后基于干扰观测器设计船舶动力定位反步控制器,并应用Lyapunov函数证明了所设计的控制器使船舶的位置和航向收敛于期望值。最后通过铺缆船仿真结果表明所设计控制器具有较好的控制性能,对系统的有界干扰具有良好的鲁棒性。     

基于扩张状态观测器的滑模预测串级舵减摇控制

针对在定权重模型预测舵减摇控制下的欠驱动船舶转向响应较慢的问题,提出一种基于模糊扩张状态观测器（FESO）的滑模预测串级舵减摇控制方法。建立线性三自由度欠驱动船舶运动模型,设计FESO来估计船舶状态和外部扰动,设计离散自适应滑模控制（DASMC）作为串级外环航向控制,以外环控制作为预期控制律,设计模型预测控制（MPC）作为串级内环减摇控制。通过分析船舶的航向误差和航行情况,设计模糊规则在不同航行情况下改变MPC目标函数的状态权重和控制输入权重,理论证明了所设计观测器的收敛性和控制方法的闭环稳定性。通过对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析,在航向改变的情况下,所设计的控制器减摇率在保证减摇效果的同时,相比固定权重线性MPC在30°的转向的响应时间更少,证明了所提方法能有效提升欠驱动船舶减摇时对转向的响应。     

船舶动力定位系统非线性观测器设计

针对动力定位水面船舶,基于Luenberger观测器构造原理及Lyapunov稳定性理论,构造一个船舶动力定位系统的非线性状态观测器。所设计观测器较卡尔曼滤波器的主要优越性在于不需要对船舶的运动方程进行线性化处理,且具有全局的指数稳定性。最后,用一艘供给船对所设计观测器进行数值仿真研究,仿真结果表明所设计非线性观测器具有良好的滤波及状态估计性能,船舶运动状态估计值指数收敛于其实际值,验证了所设计船舶动力定位系统非线性观测器的有效性。     

基于扩张观测器的ROV固定时间轨迹控制

针对六自由度遥控无人潜水器（ROV）的轨迹规划控制问题,提出基于固定时间扩张观测器的非奇异积分终端滑模控制方法。建立考虑系统模型不确定性及外界扰动的ROV六自由度数学模型,采用一种基于固定时间收敛的扩张状态观测器,实现对系统集总干扰的准确估计以补偿控制系统的控制律;设计固定时间非奇异积分终端滑模控制器以保证ROV系统的轨迹跟踪性能,并基于Lyapunov稳定性理论证明系统的固定时间稳定性。仿真结果表明：与以往控制方法相比,文章所提方法提高了控制系统的性能及精度,可保证水下机器人在不同初始状态下均能在固定时间内达到轨迹跟踪的效果。     

基于FTESO和漂角补偿的船舶航向滑模控制

[目的]为提高水面欠驱动船舶的航向跟踪性能,减小航向误差,研究一种基于有限时间扩张状态观测器（FTESO）的船舶航向滑模控制方法。[方法]首先,采用预滤波器减小船舶转向时较大的航向变化率影响,利用扩张状态观测器对时变漂角进行估计,然后通过估计出的漂角及时修正航向误差。为简化控制器设计,艏摇方向上的外部扰动和内部不确定项由观测器同时估计,并在控制器设计中进行补偿。选取含积分项的滑模面,结合FTESO设计滑模控制律,并考虑输入饱和约束,最终通过李雅普诺夫理论证明控制系统的稳定性。[结果]仿真结果显示,所研究的控制方法使水面船舶能够在较短的时间内减小航向跟踪误差并收敛至0。[结论]研究成果可为水面船舶航向跟踪控制设计提供参考。     

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。     

基于滑模控制的船舶电力推进调速系统仿真

在船舶电力推进中,推进电机是把电能转化为机械能的核心元件。随着科学技术的日益发展,大功率永磁同步电机已经在电力推进系统中广泛运用。由于舰船系统外部扰动大,会对推进部分交流调速系统带来很大影响。滑模变结构控制受外部扰动因素小,响应快速,因此本文把滑膜变结构控制应用于交流调速系统中,采用id=0的矢量控制策略,建立了船舶推进交流调速系统仿真模型。仿真结构表明,采用滑膜变结构控制进行交流调速,能加快永磁同步电机的推进时间,同时外部扰动对调速影响减小,能够满足船用大功率电机在动态转矩响应方面的要求。     

基于新型滑动模态和观测器的船舶自动舵设计

设计一种新型准滑动模态船舶自适应自动舵,该自动舵可以克服模型参数未知和外界扰动,具有较强鲁棒性。为克服滑模面切换带来的抖振,在指数趋近律的基础上,提出一种新型的双曲正弦函数的指数趋近律,使轨迹的运动速度与轨迹和滑模面的距离相关联,实现自适应调节,使切换平缓;同时利用状态观测器对船舶模型参数及外界干扰进行观测,从而实现有效补偿;最后借鉴Backstepping方法设计船舶航向滑模控制器。通过对一具体船舶航向控制器的仿真,验证了上述方法的有效性。     

基于广义预测控制的船舶动力定位约束控制

鉴于广义预测控制(GPC)方法能用同一方式处理设备和安全约束,且具有较强的抗扰动能力,提出了一种基于GPC的船舶动力定位约束控制器设计方法。运用前馈控制器克服风力扰动的影响,且所产生的前馈量被用来实时修正推力约束,在修正后的推力约束下滚动优化GPC。对承受风、浪、流扰动的某供应船,采用提出的方法设计控制器,并进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的控制器抗扰动能力较强,能完成对船舶的动力定位约束控制。     

基于云模型的舰船动力定位控制系统设计

船舶动力定位控制是保证船舶平稳运行的关键。本文首先研究了云模型理论,对云模型控制进行深入分析,在船舶动力定位系统数学模型和云模型的基础上,建立了动力定位云模型控制器,并且利用基于遗传算法的粒子群算法进行控制因子的优化,最后进行控制系统仿真,实验结果表明,本文算法能够对船舶动力定位起到很好的控制作用。     

基于模糊积分预测控制的船舶动力定位系统设计

提出一种基于模糊积分预测控制器的船舶动力定位系统控制方法,通过引入积分控制器消除了稳态误差,采用模糊控制算法实现了对不确定系统的控制,利用预测控制解决了船舶动力定位中的约束问题,有效地减少了船舶动力定位系统能量的消耗。仿真结果证明,提出的模糊积分预测控制器在满足动力定位要求的同时,大大提高了推力系统的效率,减少了推力消耗。     

船舶动力定位系统的自适应控制研究

船舶和海上作业平台在海上特定位置工作时,必须具有较高的定位精度,锚泊式船舶定位受到锚链长度和锚钩抓地作用力的影响,在干扰作用力(海浪、海风和洋流等)作用下,定位精度不高。船舶的动力定位系统包括测量模块、动力分配模块、控制模块等,通过控制器分配船舶自身的动力,使干扰作用力和自身推进力相抵消,提高船舶或海上作业平台的定位精度。本文针对船舶的动力定位系统的定位原理,通过建立干扰力模型和船舶运动模型,设计了一种基于自适应模型控制技术的动力定位控制器。该控制器相对于传统控制器具有更高的控制精度和更短的效应时间,并在实际应用中取得了良好的效果。     

基于滑模观测器的舰船电机无位置传感器控制

舰船电机的传感器控制是保障舰船电机稳定供电输出的关键技术,电机控制容易受到电磁耦合小扰动干扰,导致控制精度不高,提出基于滑模观测器的舰船电机无位置传感器控制方法,采用滑模观测器进行舰船电机输出的电流、电压、功率等参量的原始采集,对采集的电机控制原始信息进行自镇定性处理,设计舰船电机的输出等效电路模型,构造电机无位置传感控制器的电流电压转换电路,采用滑模反演积分控制方法进行控制误差补偿,提高电机输出参量的调制精度,实现舰船电机的无位置传感器控制。测试结果表明,采用该方法进行舰船电机无位置传感器控制的输出性能较好,电机输出电压稳定,功率因素得到较大幅度提高,改善了舰船电机工况稳定性。     

基于最优滑模控制理论的船舶稳定性控制策略研究

船舶的稳定性设计具有非常重要的意义,可以有效保障船舶的航行安全,提高船舶航运的可靠性。传统船舶的稳定性设计主要集中在船体的水动力优化和自动舵设计方面,本文针对船舶的稳定性,首先建立了稳定性模型,然后基于一种最优滑模控制理论,开发了一种新型船舶稳定性控制策略,并对该控制策略的原理和基本结构进行了详细的介绍。本文的研究对提高船舶的稳定性,改善船舶航行安全有重要的意义。