基于动态面控制的船舶动力定位控制律设计

针对水面船舶动力定位控制问题, 考虑带有未知界的时变环境扰动, 将动态面控制技术与矢量逆推方法相结合, 设计了船舶动力定位系统的自适应鲁棒非线性控制律。引入动态面控制技术, 利用一阶滤波器的微分项代替虚拟控制矢量的微分项, 使得在控制律设计过程中的微分运算被简单的代数运算所替代, 简化了计算, 易于工程实现。为阻止自适应参数漂移, 采用包含基于σ-修正泄漏项的自适应律估计未知扰动的界。应用Lyapunov函数证明了所设计的控制律能迫使船舶的位置和艏向角达到并保持在期望值, 保证船舶动力定位闭环系统中所有信号最终一致有界。仿真结果表明: 在水平面上, 当船舶初始位置偏离期望位置25m时, 利用设计的控制律能迫使船舶在50s内达到期望的目标位置, 因此, 所设计的控制律是有效的。     

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。     

三自由度波浪补偿舷梯串级自抗扰控制

本文对三自由度液压驱动波浪补偿舷梯进行建模,考虑到模型非线性、模型参数不确定、存在外部干扰等问题,设计一种串级线性自抗扰控制器对舷梯的升沉、横荡、纵荡3个自由度进行控制。首先根据拉格朗日方程建立舷梯的动力学模型,根据D-H参数法建立舷梯的运动学模型,根据阀控液压马达的流量方程、流量连续性方程和力平衡方程,建立液压力矩伺服模型。然后设计外环位置二阶线性自抗扰控制器和内环力矩二阶线性自抗扰控制器,并在位置自抗扰控制中引入模型辅助。最后搭建系统的仿真模型,对所设计的控制器进行仿真验证。仿真结果表明,三自由度波浪补偿舷梯控制系统对比带重力补偿的PID控制器,具有调节速度快、超调量小、抑制外界未知时变干扰和系统参数不确定性能力强等优点。     

船载三自由度并联稳定平台的设计及运动学分析

针对船载设备在海洋中会受到6个自由度的影响,设计一种船载三自由度稳定平台,能够补偿升沉、横摇和纵摇。分析了稳定平台的逆运动学特性,利用Matlab/Simulink的Simscape工具建立了虚拟样机测试系统。在平台模型中添加了姿态传感器,根据逆运动学算法,实现了虚拟样机仿真系统的物理仿真。实验表明,设计的三自由度并联稳定平台能在一定范围内有效的进行波浪姿态补偿。