文档介绍：山东大学
硕士学位论文
基于自抗扰控制算法的自动操舵仪的研究与实现
姓名:王常顺
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:李贻斌
20090514
山东大学硕士学位论文摘要基于自抗扰控制器的基本原理和标准结构,设计出船舶航向自抗扰控制器,并给数字化仪表的实现功能、设计原理做了简要的叙述。根据自动操舵仪实现的各种自动操舵仪是重要的船舶操纵设备,对于船舶航行的安全性和经济性具有至关重要的作用。由于船舶的动态模型具有大惯性、大时滞、非线性等特点,并且受模型参数摄动以及船舶运动中风、浪、流等外界干扰的影响,传统的控制方法很难取得好的控制效果。为了克服船舶操纵控制中的困难,本研究中引入了一种新的非线性控制方法,即自抗扰控制技术。该方法不依赖于船舶的精确数学模型,将船舶运动中的内部动态和外部干扰综合为系统所受的未知干扰,通过设计扩张状态观测器云浣凶芴宓氖凳惫兰疲⒃诜蠢≈泻侠硪梅线性特性来提高系统的鲁棒能力。测试结果表明使用自抗扰控制技术的船舶自动操舵仪具有很好的操舵能力,也证明本研究中的自动操舵仪是一种稳定可靠、操舵性能好的产品。本文首先介绍了船舶操纵原理、操舵系统及常见的操舵方式。根据船舶航向运动的特性建立了船舶运动的非线性响应数学模型,并分析了船舶在航行中受到的环境干扰。然后分析了传统刂品椒ǖ牟蛔悖⒁俗钥谷趴刂品椒ā出了离散化算法。针对现有船舶导航仪表的不足,开发了一系列数字式导航仪表。文中对这些功能,给出了自动操舵仪的结构。对自动操舵仪在船舶环境所受的各类干扰做了分析,最后设计出自动舵的硬件平台,并对系统中采取的抗干扰措施做了说明。为了缩短系统软件的设计周期,提高软件系统的稳定性与可靠性,在自动操舵仪中嵌入了实时嵌入式操作系统/..文中详细说明了该操作系统的内核结构、移植过程和任务划分,并给出了任务的流程图。最后说明了软件的可靠性的设计方法及设计中采取的软件抗干扰措施。按照论文中所提到的方案与方法,成功的开发出了自动操舵仪样机,并进行了性能测试。论文中总结了一些自抗扰控制器参数调整的经验,并分析了自动舵性能测试的结果,分析表明基于自抗扰控制算法的自动舵具有良好的控制性能和
山东大学硕士学位论文关键词:自抗扰控制;船舶运动数学模型;/.;可靠性设计抗扰动能力,并对参数摄动具有很好的鲁棒性。最后,对全文做了总结,对下一步工作进行了展望。
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论文作者签名:螂导师签一期:华论文作者签名豕原创性声明关于学位论文使用授权的声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权山东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,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。C苈畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑日
山东大学硕士学位论文第一章绪论船舶自动操舵仪研究的重要性和意义繁,航行的安全性也逐渐引起了人们的关注。面对海上运输的激烈竞争,提高运上运输和海洋经济的发展中担当了非常重要的角色,因此对船舶运动控制的研究能维持航向,且航迹也较接近于要求的直线。而操纵较差的船则要频繁操舵以纠正航向偏差,它的航迹较为曲折,呈现“毙巍U庖环矫嬖黾恿耸导屎匠蹋船舶自动操舵仪壮啤白远妗保歉葜噶钚藕抛远瓿啥遥控靶艇就是靠遥控自动操舵仪驾驶的。海洋面积占地球表面积的三分之二,因此水上运输是完成国与国之间或地区之间大宗货物贸易最经济的运输方式。随着经济的不断发展,海上运输越来越频输的安全性和经济性成为了一个很重要的问题。同时,海洋中还蕴藏着丰富的资源,开发海洋资源不仅具有巨大的经济价值,更具有重要的战略意义。船舶在水逐渐成为一个重要的研究领域。船舶操纵的根本目的【辛礁觯阂皇蔷眯裕前踩裕舛家G蟠把着精确的航线航行。例如船舶在海上进行直航时,操纵较好的船不用频繁操舵即加了航行时间,另一方面由于校正航向偏差而增加了操纵机械和推进机械的功率消耗。通常,由于上述原因而增加的功率消耗约占主机功率的ィ%,而对操纵不好的船此类功耗有时甚至高达%。而且随着水上运输事业的日渐繁忙,船舶的安全问题显得愈加突出,特别是对大型油轮和一些运载化学物品的特殊船舶来说,一旦发生事故,将会产生非常严重的环境污染问题。据有关研究资料显示在所有的船舶事故中,数量最多的一类%怯氪霸硕泄氐暮叫事故。船舶