| 【中文题名】 | 精确反馈线性化在舵鳍联合控制上的应用 |
| 【英文题名】 | Exact Feedback Linearization Using Integrated Control of Rudder and Fin |
| 【学科专业】 | 控制理论与控制工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-6-12 |
| 【中关键词】 | 闭环增益成形,船舶非线性模型,状态反馈精确线性化,舵鳍联合控制,鲁棒控制, |
| 【英关键词】 | closed-loop gain shaping,nonlinear mathematic model for ships,robust control,exact feedback linearization,robust,rudder/fin joint control, |
| 【分类导航】 | 交通运输>水路运输>船舶工程>船舶机械>船舶推进装置> |
| 【论文摘要】 | 本文选择用状态反馈精确线性化方法,将响应型船舶运动的非线性数学模型进行线性化,再利用基于闭环增益成形算法的鲁棒控制器进行控制。
本文分成两部分,首先使用状态反馈精确线性化方法把单输入单输出(SISO)系统的非线性船舶数学模型进行线性化。本文根据先验知识,用具有工程意义的带宽频率、高频渐近线斜率、最大奇异值和频谱峰值四个参数构造了闭环系统的传递函数阵,给出了SISO系统的闭环增益成形算法,再利用基于闭环增益成形算法的鲁棒控制器进行控制。研究并建立风浪干扰的非线性模型,通过编写S函数来实现之。把它们加入到非线性模型中,以提高仿真的可信度。运用Simulink工具箱得出加风浪后系统的输出曲线,通过观察输出曲线,可以看到航向保持很理想,仿真结果表明,所设计的控制器对单输入单输出(SISO)系统具有良好的鲁棒性能。
然后再使用状态反馈精确线性化方法对多输入多输出系统的非线性船舶数学模型进行线性化,再利用基于闭环增益成形算法的鲁棒控制器进行控制,运用Simulink工具箱进行仿真,给出了初步的研究结果。 |
| 【论文题纲】 |
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引言 |
9-12 |
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第1章 基础理论 |
12-30 |
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1．1 H_∞鲁棒控制理论 |
12-16 |
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1．1．1 H_∞鲁棒控制理论的概念和实质 |
12-13 |
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1．1．2 H_∞控制的混合灵敏度问题 |
13-14 |
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1．1．3 H_∞回路成形 |
14-16 |
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1．2 闭环增益成形控制算法 |
16-19 |
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1．2．1 SISO系统的闭环成形增益控制算法 |
17-19 |
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1．2．2 MIMO系统的闭环增益成形控制算法 |
19 |
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1．3 状态反馈精确化线性设计的设计原理 |
19-30 |
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1．3．1 非线性仿射系统 |
19-20 |
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1．3．2 非线性系统的坐标变换与微分同胚 |
20 |
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1．3．3 Lie导数与Lie括号 |
20-21 |
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1．3．4 非线性系统的线型化标准型 |
21-27 |
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1．3．5 状态反馈精确线性化的设计原理 |
27-30 |
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第2章 船舶运动数学模型 |
30-45 |
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2．1 船舶平面运动的运动学 |
30-31 |
|
2．2 流体动力导数 |
31-33 |
|
2．3 状态空间型船舶平面运动数学模型 |
33-35 |
|
2．3．1 二自由度状态空间型船舶线性数学模型 |
33-34 |
|
2．3．2 三个自由度的非线性船舶运动方程式 |
34 |
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2．3．3 四个自由度的非线性船舶运动方程式 |
34-35 |
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2．3．4 考虑随机干扰时的线性船舶数学模型 |
35 |
|
2．4 传递函数型的船舶运动数学模型 |
35-37 |
|
2．4．1 3 阶传递函数模型 |
36 |
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2．4．2 2 阶传递函数模型(Nomoto模型) |
36-37 |
|
2．5 船舶平面运动的非线性数学模型 |
37-41 |
|
2．5．1 用于船舶运动闭环控制系统仿真的六自由度非线性船舶模型 |
37-38 |
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2．5．2 简化的Norrbin 非线性船舶运动数学模型 |
38-41 |
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2．6 船舶减摇鳍系统的数学模型 |
41-45 |
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2．6．1 船舶减摇鳍系统的数学模型的构成 |
41 |
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2．6．2 船舶横摇惯性力矩的计算 |
41-42 |
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2．6．3 船舶横摇阻尼力矩的计算 |
42-43 |
|
2．6．4 船舶横摇恢复力矩的计算 |
43 |
|
2．6．5 船舶减摇鳍的控制力矩 |
43 |
|
2．6．6 外力引起的横摇力矩 |
43-44 |
|
2．6．7 船舶减摇鳍非线性系统数学模型 |
44-45 |
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第3章 总体设计与实现 |
45-54 |
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3．1 总体设计 |
45 |
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3．2 用闭环增益成形算法设计出SISO 系统的控制器 |
45-51 |
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3．2．1 基于状态反馈精确线性化法控制器的设计 |
45-47 |
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3．2．2 仿真研究 |
47-48 |
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3．2．3 仿真分析 |
48-51 |
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3．3 用闭环增益成形算法设计出MIMO系统的控制器 |
51-54 |
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3．3．1 基于状态反馈精确线性化法控制器的设计 |
51-52 |
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3．3．2 仿真分析 |
52-54 |
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结论 |
54-55 |
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参考文献 |
55-59 |
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附录1 风、浪函数的部分程序代码 |
59-62 |
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附录2 海况输入对话框程序代码 |
62-63 |
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攻读学位期间公开发表论文 |
63-64 |
|
致谢 |
64-65 |
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研究生履历 |
65 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.112112 |
