探析欠驱动水面船舶的非线性自适应控制研究

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1、1；；．．，、分类号UDC密致—13css。单位代码1Q15欠驱动水面船舶的非线性自适应控制研究刘杨指导教师郭晨职称教授学位授予单位大连海事大学申请学位级别博士学科与专业交通信息工程及控制论文完成同期2010年1月论文答辩日期2010年6月19日答辩委员会主席f，z●，-lId．．．．．一●-■-TheNonlinearAdaptiveControlforUnderactuatedSurfaceVesselsDissertationSubmittedtoDalianMaritimeUniversityInpartialfulfillmentofthere

2、quirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringbyLiuYang(TrafficInformationEngineeringandContr01)DissertationSupervisor：ProfessorGuoChenJan．，2010㈣6川4㈣3Ⅲ8㈣9眦7，iiii●I哪Y广●f夕■、l、f>大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博／硕士学位论文：：么墅动丞画盟麴笪韭线：眭自适座控童4婴究：：。除论文中已经注明引用的

3、内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：之尸l辛易学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《

4、中国优秀博硕士学位论文全文数据库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)、《中国学位论文全文数据库》(中国科学技术信息研究所)等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于：保密口在——年解密后适用本授权书。不保密酤‘，{青在以上方框内打“√")论文作者签名：≤≯)者易导师签名：日期：矽ID年日■叫唠，．口roP．◆c●’0创新点摘要一、为了消横向速度对控制器设计的影响，直接把此项加入到运动环路虚拟输入设计中，克服了在以往设计中需要借助动力环路模型参数的消除方法。针对欠驱动船舶水面运动精确模型，设计了直线

5、航迹跟踪、动力定位和靠泊的镇定控制器。二、针对含有模型不确定和外界干扰的欠驱动船舶非线性数学模型，应用自适应和串接系统稳定性分析理论，设计了一种欠驱动船舶的鲁棒自适应跟踪控制器。当不考虑外界干扰和模型不确定时，控制器使得所有误差信号在平衡点渐进稳定；当考虑外界干扰和模型不确定时，控制器使得所有误差信号平衡点一致最终有界。三、把神经网络稳定自适应控制引入到欠驱动船舶运动控制中来，解决了欠驱动船舶模型动力环路模型参数和船舶状态关系未知时的控制器设计问题。结合路径参数化技术，设计了欠驱动船舶路径跟踪的神经网络稳定自适应控制器，可以实现在模型参数未知和有外界烦扰

6、情况下对直线和任意曲线的路径跟踪控制，Lyapunov稳定分析证明了闭环系统的所有误差信号是一致最终有界的。四、设计了基于路径跟踪的动力定位和靠泊控制器。可以使得欠驱动水面船舶沿着不同路径实现动力定位和靠泊控制目标。相对基于镇定控制的动力定位和靠泊控制，此方法可应用于航行于受限水域的船舶控制。●，，，0中文摘要摘要本文主要探讨了欠驱动水面船舶运动的非线性混合神经网络稳定自适应控制控制问题。欠驱动水面船舶系统可以等效为一种典型的二阶非完整约束动力学系统，针对非完整系统发展起来的一些非线性控制方法难以直接应用于船舶的欠驱动控制问题。在实际航行中，船舶参数一般

7、是不确定的，而风、浪、流对船舶运动的影响也是不可回避的，因此，针对带有不确定性和外界干扰的欠驱动船舶控制问题已不能只用单纯的一种控制方法解决，寻求新的控制方案以适应实际航行需要已成为近几年的研究热点。为了解决含有模型不确定和外界干扰条件下的欠驱动水面船舶运动控制问题，本文主要完成了以下研究工作：l、基于输入输出反馈线性化技术设计了直线航迹跟踪、动力定位和靠泊的镇定控制器。针对欠驱动水面船舶运动模型，为了去除横向速度对控制器设计的影响，直接把此项加入到运动环路虚拟输入设计中，克服了在以往设计中需要动力学模型参数的缺点。2、针对含有模型不确定和外界干扰的欠驱

8、动船舶跟踪控制的非线性数学模型，应用自适应技术和串接系统稳定性分析理论，设计了一