基于反步法的欠驱动船舶直线航迹跟踪控制.pdf

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1、分类号UDC基于反张馨文指导教师杜佳璐职称学位授予单位教授大连海事大学申请学位级别工学硕士学科(专业)控制理论与控制工程论文完成日期2011年5月答辩日期2011年6月答辩委员会主席V，—11￥丫，9ARobustDesignBasedontheBacksteppingTheoryfortheLinear-CourseTrajectoryControlofShipsthesisSubmittedtoDalianMaritimeUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementsfort

2、hedegreeofMasterOfEngineeringbyZhangXinWen(ControlTheoryandControlEngineering)ThesisSupervisor：ProfessorDuJialuMay2011叫7¨川川■-㈣6Ⅲ5㈣9川8Ⅲ⋯川■IⅢYY●％，弋≥丫，?夕yf攀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，撰写成硕士学位论文：基壬厦生选的筮塑动篮魑直线魅逛退壁控剑==。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研

3、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。学位做作者徘磷童、．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：保不保权书。)敝作者签名谐天导师桷轫日期：Ⅻf

5、年]月弓日吖；I丫J一丫X摘要随着近年来海上运输量增加，船舶趋向大型化和高速化，导致航运密度大大增加，船舶在航行中又会受到各种无法预知的外界环境干扰，这些都使得船舶操纵运动问题变得特别复杂。而船舶在两个转向点之间的长距离航行司空见惯，为节省时间、缩短距离和节

6、约成本，对船舶进行直线航迹控制非常具有针对性和实践性；大多数船舶都是欠驱动的，采用比较少的控制量来实现航迹等操纵控制，从而降低了船舶的重量和运行费用，提高了营运效益，改善了船舶的运行经济性能。综上，对欠驱动船舶直线航迹运动进行研究具有非常重大的意义。本文以船舶直线航迹运动作为研究对象，将滑模变结构控制、自适应控制、反步法、神经网络函数逼近等方法引入欠驱动船舶直线航迹踪控制。本论文所做的主要工作有：本文首先给出了船舶直线航迹跟踪控制系统3自由度的非线性数学模型j为直线航迹控制器的设计和仿真打下了基础。进一步，本文针对带有未知模型

7、参数以及恒定外界干扰的，控制器增益符号已知的船舶直线航迹模型进行了研究，将滑模变结构控制理论引入到了船舶直线航迹控制器设计的过程中，给出了一种自适应滑模航迹跟踪控制器方法。接着又针对带有不确定函数项，不确定干扰，控制器增益符号未知的船舶直线运动控制模型进行了研究，在自适应反步设计方法的基础上，利用RBF神经网络逼近模型里的未知非线性函数，设计了一种自适应神经网络控制器方法。最后，通过Matlab对所设计的控制器分别进行仿真，仿真结果验证了所设计的控制器可以保证闭环系统的信号是_致最终有界的，从而实现了船舶的直线航迹控制。关键词

8、：欠驱动船舶；直线航迹；自适应反步法；滑模控制；神经网络弋．■Vt◆Withtheincreasinginmaritimetransport,shipsaretrendingtolarge--scaleandhi曲-speed，whichleadtotheseatrafficdensityincreasing．Atthesametime，theshipwillbeallkindsofunpredictabledisturbance．Alltheseproblemswouldmaketheshipmaneuveringmorea

9、ndmorecomplex．So，itisanimportantstudyforpresentshippingcountriestodesignshipcontrolsystemswithsteadycontrolperformanceandhi班controlprecisi