| 【中文题名】 | 鲁棒控制在操舵系统中的应用研究 |
| 【英文题名】 | The Application and Research on the Roust Control in the Steering System |
| 【学科专业】 | 机械电子工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-8-21 |
| 【中关键词】 | 操舵系统,航向控制,鲁棒控制,H_∞混合灵敏度,, |
| 【英关键词】 | Steering system,Heading control,robust control,H_∞mixed sensitivity, |
| 【分类导航】 | 交通运输>水路运输>船舶工程>船舶机械>船舶系统>船舶操纵控制系统 |
| 【论文摘要】 |
船舶操纵系统是船舶上非常重要的船舶运动控制系统。船舶运动动态特性除了与航行工况密切相关外，还受风、浪、流等各种干扰，所受到的水动力负载和干扰情况非常复杂。这使得船舶操纵系统中存在着很多不确定性，所以船舶操纵是极其复杂的运动，给船舶的运动控制带来了一定的难度。为在经济和可靠的前提下，实施对船舶的有效操纵控制，本文以某型船为例，对操舵系统和船舶航向控制系统的控制方法进行了设计。本文分析了操舵系统的组成和工作原理，并根据泵控型舵机电液伺服系统的组成，完成了变量泵排量控制系统、操舵系统的建模，最终建立了液压操舵系统的传递函数模型。通过对航向控制系统的分析，分别建立了船舶运动、船舶外界环境干扰以及自动舵系统的数学模型。在经典PID控制理论的基础上，进行了操舵系统和航向控制系统的PID设计以及仿真分析。通过仿真分析表明，由于系统中存在的参数不确定性以及干扰的作用，使得经典PID控制的操舵系统以及航向控制系统的精度较差。为了提高操舵系统的鲁棒性、鲁棒性能以及航向控制系统的抗干扰性，通过对操舵系统不确定性的分析，采用鲁棒控制理论分别设计了操舵系统和自动舵系统的鲁棒控制器。通过PID控制器和鲁棒控制器的仿真对比，鲁棒... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
5-6 |
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Abstract |
6-11 |
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第1章 绪论 |
11-25 |
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1.1 课题研究的背景及意义 |
11-12 |
|
1.2 船舶操纵系统概述 |
12-17 |
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1.2.1 船舶操纵系统的组成 |
12-13 |
|
1.2.2 操舵系统的现状 |
13 |
|
1.2.3 航向控制系统发展 |
13-17 |
|
1.3 鲁棒控制理论概述 |
17-23 |
|
1.3.1 鲁棒控制概述 |
17-19 |
|
1.3.2 鲁棒控制理论的发展及研究方向 |
19-20 |
|
1.3.3 H_∞理论概述 |
20-23 |
|
1.3.4 鲁棒理论在船舶操纵控制中的应用 |
23 |
|
1.4 论文的主要研究内容 |
23-25 |
|
第2章 操舵系统的建模 |
25-36 |
|
2.1 引言 |
25 |
|
2.2 操舵系统组成及工作原理 |
25-27 |
|
2.3 变量泵系统的模型 |
27-31 |
|
2.3.1 变量泵排量控制动力机构的模型 |
28-30 |
|
2.3.2 变量泵排量控制系统的传递函数模型 |
30-31 |
|
2.4 操舵系统的模型 |
31-35 |
|
2.4.1 操舵系统动力机构的传递函数模型 |
32-34 |
|
2.4.2 操舵系统的传递函数模型 |
34-35 |
|
2.5 本章小结 |
35-36 |
|
第3章 航向控制系统的建模 |
36-49 |
|
3.1 引言 |
36 |
|
3.2 航向控制系统组成及工作原理 |
36-37 |
|
3.3 船舶运动的数学模型 |
37-40 |
|
3.3.1 坐标系与运动学变量 |
37-38 |
|
3.3.2 平面内船舶操纵运动方程 |
38-39 |
|
3.3.3 舵力及操舵系统计算模型 |
39-40 |
|
3.4 船舶运动干扰力 |
40-44 |
|
3.4.1 风的干扰力 |
41-42 |
|
3.4.2 波浪的干扰力 |
42-44 |
|
3.5 非线性航向控制系统模型 |
44-45 |
|
3.6 外界干扰下的船舶航向控制系统模型 |
45-46 |
|
3.7 船舶航向自动舵传统设计的数学模型 |
46-48 |
|
3.8 小结 |
48-49 |
|
第4章 系统仿真分析 |
49-60 |
|
4.1 引言 |
49 |
|
4.2 变量泵排量控制系统的仿真分析 |
49-52 |
|
4.2.1 开环频率特性 |
49-50 |
|
4.2.2 时域仿真 |
50-52 |
|
4.3 操舵系统的仿真 |
52-58 |
|
4.3.1 操舵系统的无扰开环频率特性 |
52-53 |
|
4.3.2 不考虑干扰时操舵系统的时域仿真 |
53-55 |
|
4.3.3 考虑干扰时操舵系统的时域仿真 |
55-58 |
|
4.4 航向控制的仿真分析 |
58-59 |
|
4.5 本章小结 |
59-60 |
|
第5章 操舵系统鲁棒控制器设计 |
60-84 |
|
5.1 引言 |
60 |
|
5.2 鲁棒控制理论 |
60-69 |
|
5.2.1 系统的不确定性 |
60-61 |
|
5.2.2 控制系统的稳定性 |
61-63 |
|
5.2.3 小增益定理 |
63-64 |
|
5.2.4 H_∞控制 |
64-66 |
|
5.2.5 混合灵敏度问题 |
66-69 |
|
5.3 操舵系统鲁棒控制器设计 |
69-73 |
|
5.3.1 模型不确定性的分析 |
69-70 |
|
5.3.2 标称模型的确定 |
70-71 |
|
5.3.3 加权函数的选择 |
71-72 |
|
5.3.4 控制器的设计 |
72-73 |
|
5.4 采用鲁棒控制器的操舵系统仿真分析 |
73-78 |
|
5.4.1 操舵系统的频域仿真 |
73-74 |
|
5.4.2 对不确定性的仿真分析 |
74-76 |
|
5.4.3 操舵系统的时域仿真 |
76-78 |
|
5.5 航向控制仿真 |
78-83 |
|
5.5.1 操舵系统的简化模型 |
78-79 |
|
5.5.2 鲁棒航向控制器的设计 |
79-82 |
|
5.5.3 航向控制器的仿真分析 |
82-83 |
|
5.6 本章小结 |
83-84 |
|
结论 |
84-85 |
|
参考文献 |
85-89 |
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攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
89-90 |
|
致谢 |
90 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.384713 |
