基于性能评价的船舶自动舵控制器设计研究

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1、上海交通大学硕士学位论文基于性能评价的船舶自动舵控制器设计研究摘要随着航运事业的蓬勃发展，石油危机的日益严重，使得如何在航运中实现经济航行成为近来船舶自动舵研究的热点问题。船舶自动操舵仪又称自动舵，是船舶运动控制问题中具有特殊重要性的一个系统，用来保持船舶在给定航向或航迹上航行，是船舶操纵的关键设备。传统的PID自动舵没有一个统一的性能指标，单纯追求航向精度，导致操舵频繁，并不经济。本文采用了线性二次型性能指标来评价传统的PID自动舵，指标综合考虑了跟踪的精度和控制能量的约束，以此为目标，设计了

2、评价传统PID自动舵的方法，仿真结果表明这种评价方法是有效的。并从传递函数模型出发，深入研究了线性定常系统的跟踪问题，得出了线¥¥性二次型性能指标22J:=(1-ee)òò

3、

4、y(t)-+r()

5、t

6、dt

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8、u()t

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10、dt的最优结果，00其解可用一个简单明了的解析表达式表示，这对用于计算性能指标最优值以及评价控制器的性能都有重大意义。在所得性能指标最优解的基础上，进一步在分析了船舶不确定性，并针对船舶本身参数的不确定性，即船舶传递函数的参数摄动，结合前面推导的线性二次型性能指标的最优解析结果，

11、设计了一种新的保证性能指标的控制算法，并分析了最优性能指标对不确定量的敏感程度和最优性能指标的可能变化的范围。IV上海交通大学硕士学位论文关键词：船舶自动舵，性能指标，性能评价，线性定常系统跟踪问题，保性能算法V上海交通大学硕士学位论文ResearchanddesignofshipsteercontrolleronperformanceestimateABSTRACTWiththerapiddevelopmentofshippinganddeterioratingofoilcrisis,ther

12、ehasbeengrowingattentiondevotedtothestudiesofhowtoachieveeconomicalshipping.Theautomaticinstrumentofshipmaneuveringnamedautomaticsteer,itisaimportantequipmentinshippingmaneuvering,itisusedtomaintainagivendirectionortrack.TraditionaldesignofPIDsteerdo

13、esnothaveanormativeruletoestimate.Itjustconsiderstheprecisionofcourse,whichresultinmoresteeringandcost.ItadoptslinearquadraticperformanceindextoestimatetraditionalPIDsteerinthispaper.Thisindexconsidersbesttrackingperformanceundercontrolenergyconstrai

14、nt.ThispaperdesignsamethodtoestimatetraditionalPIDsteerandsimulatedresultproveitfeasible.Thispaperstudiesoptimaltrackingproblemoflineartime-invariantsystemsandgetstheoptimalresultoflinearquadraticperformanceindex¥¥22J:=(1-ee)òò

15、

16、y(t)-+r()

17、t

18、dt

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20、u()t

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23、dt.Theresultcanbeexpressedbya00simpleexpression,whichcanbeusedtocalculatetheperformanceindexandestimatecontroller.Basedtheoptimalresultofperformanceindex,thispaperanalyzeuncertaintyofship.AndanewguaranteedperformanceindexaccuracyVI上海交通大学硕士学位论文algori

24、thmwasdeveloped.ThesensitivityoptimalperformanceindextouncertaintyofshipandboundofvaluesthatJtakesunderparameterchangesarealsoconsideredandanalyzed.Keyword:shipsteer,performanceindex,performanceestimate,trackingproblemoflinearquadraticsystem,guarante