船舶航向自抗扰控制的研究

【摘要】由于线性自抗扰控制器(LADRC;能够实时估计并及时补偿系统内部和外部误差的总和,具有不基于特别精确的系统模型、抗干扰能力强等特点,所以本文采用了LADRC对船舶航向进行控制。本文首先讨论自动舵控制船舶航向的基本原理,综述了船舶航向控制方法的历史演变和自抗扰技术研究和发展的现状,然后以9572TEU的XINSHANGHAI号和5446TEU的SHANGHAI号集装箱船的实船数据为基础建立MMG船舶模型,并设计了外界航行环境干扰(主要是风、流)的模型。再分别对两艘船舶模型进行旋回仿真和Z形操纵试验仿真,验证船舶模型的合理性和准确性,为本文后续的仿真计算做好充分准备。其次,讨论了自抗扰控制器的原理及组成结构,着重突出了其抗外界干扰能力强的优点。由于普通自抗扰控制器本身存在一些局限,本文引入了线性自抗扰控制器,来克服普通自抗扰控制器调节参数过程繁琐耗时的缺点,并对其基本结构、基本算法以及控制器各组成部分的特点进行说明。最后,设计了一种优化的变参数PID航向控制器和线性自抗扰航向控制器,在不同的航行环境下进行仿真,对船舶航向进行控制,然后对比控制效果和控制精度,得到结论：线性自抗扰控制器对命令的响应速度相对较快,仿真曲线平滑无超调且控制效果好、控制精度比较高,对受控对象的未建模动态和不确定干扰因素有良好适应性、鲁棒性。最后在控制器参数不变的情况下,将船舶模型换成SHANGHAI号集装箱船,并在不同海况下进行仿真,验证LADRC的鲁棒性和适应性。本文主要完成的工作有：根据XINSHANGHAI号集装箱船的实船数据建立船舶运动数学模型,并根据船舶航向控制原理设计了线性自抗扰航向控制器,对线性自抗扰航向控制器在选择不同参数的情况下的仿真特性进行详尽地分析,通过仿真结果验证本文采用线性自抗扰控制技术的航向控制器的有效性和鲁棒性。
【作者】奚庆潮；
【导师】郭晨；刘雨；
【作者基本信息】大连海事大学，交通运输工程，2014，硕士
【关键词】船舶航向控制；船舶运动模型；线性自抗扰控制；仿真；

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