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《大连海事大学》 2000年
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不确定系统的鲁棒控制及其在船舶运动控制中的应用

杨盐生  
【摘要】: 本文对不确定系统的鲁棒控制及其在船舶运动控制中的应用问题进行了系统的研究。依据多年的船舶运动控制研究经验,本文作者认为该领域一直存在着三个尚未解决的问题:一是用于控制器设计的模型存在不确定性问题;二是船舶运动的非线性问题;三是执行机构问题。经大量研究发现不确定系统的鲁棒控制理论可能解决这些问题。因此,本文首先在鲁棒控制基础理论方面进行了全面、系统的研究,包括匹配不确定线性系统的鲁棒控制、不匹配不确定线性系统的鲁棒控制及不确定非线性系统的鲁棒控制,并将上述理论方法应用于船舶运动控制的航向自动舵设计和减摇鳍控制系统设计中。 在匹配不确定线性系统的鲁棒控制方面,本文总结了一些现有的鲁棒控制算法,为船舶运动控制的实际应用奠定了基础。同时还提出利用标称模型的代数Rriccati方程的解构造滑动模态超平面的方法,进而给出了两种变结构鲁棒控制算法。该算法可以避免对系统进行正交变换,减少了设计过程中的复杂性。另外,针对现有的不确定系统鲁棒控制算法在状态空间中某个超平面上具有控制输出不连续的缺陷,提出了两个连续型鲁棒控制算法。 在不匹配不确定线性系统的鲁棒控制方面,本文将系统的不确定项的界归纳为四种形式,对每种有界形式分别研究了基于代数Riccati型方程的鲁棒控制设计方法和H"。鲁棒控制设计方法。本文的突出工作是提出了针对不匹配不确定线性系统的三种变结构鲁棒控制设计方法,为研究船舶运动控制领域中执行机构的影响打下了基础。 在不确定非线性系统的鲁棒控制方面,本文首先针对一类具有相对阶等于系统阶的系统,在鲁棒反馈线性化的基础上,采用极点配置法推导出三种状态反馈鲁棒控制算法,同时还提出了三种变结构鲁棒控制算法。其次考虑到不确定非线性系统中不确定项可能是结构未知的非线性函数,提出用模糊系统逼近不确定项函数的方案,进而采用极点配置法设计自适应鲁棒模糊控制算法。该算法的优点:一是降低了对被控制系统的了解程度;二是无论模糊系统取多少条规则,在线估算参数可归结为一个,减小了算法的计算量。 最后针对研究具有执行机构的不确超憋性系统的需要,对一类推广匹配不 确定非线性系统,提出了一个变结构鲁棒自适应控制算法。 为便于船舶运动控制系统的性能检验,本文开发了一个高精度的船舶 运动数学模型,该模型特别考虑了各种环境下(风、流兑浪、浅水等)作用在 船舶上的外界干扰力和力矩。在此基础上,利用 Matlab的 Simulink具箱 建立了仿真平台,为船舶运动酗系统的性能检验提供了良好的环境。 针对船舶航行中船速、载况、外界于扰等时常变化,常规Pto 自动舵 鲁棒性差、控制性能不理想的实际情况,本文将上述鲁棒控制理论应用于航 向自动舵的设计中,提出了鲁棒Pto和鲁棒自适应Pto控制算法。同时考 虑到船舶航向控制系统中不仅存在不确定性,还存在非线性,提出了一个具 有积分功能的鲁棒控制算法和一个自适应鲁棒控制算法。 船舶横摇运动对航行安全和船员的正常操作与生活具有一定的危害 性,减摇鳍控制一直是船舶运动控制领域的重要研究课题。本文将上述理论 应用于减摇鳍控制系统设计中,分别提出了变结构鲁棒控制算法、变结构自 适应鲁棒控制算法和鲁棒自适应模糊控制算法。并系统地研究了执行机构对 控制系统性能的影响,发现以往不考虑执行机构影响而设计的控制算法难以 保证系统的稳定性。因此本文结合执行机构动态特性所构成不匹配不确定系 统,提出了一个变结构鲁棒控制算法。该算法不受执行机构时间常数的影响, 可以完全确保系统稳定。
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:TP29

【引证文献】
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9 卜仁祥;刘正江;李铁山;;船舶航向非线性迭代滑模变结构PID控制[J];大连海事大学学报;2006年02期
10 孔令涛;杜佳璐;王玉杰;;基于逆推-非线性阻尼算法的船舶航向控制器设计[J];大连海事大学学报;2006年04期
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4 姜晓红;基于非线性Backstepping的船舶航向控制器设计[D];大连海事大学;2003年
5 石芳;鲁棒自适应航向控制器的设计[D];大连海事大学;2006年
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【参考文献】
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【共引文献】
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3 陈永新;柯尊忠;伍德林;;精校机电液位置伺服系统的极点配置自校正控制[J];安徽农业大学学报;2012年02期
4 王海华;邹凌;宋蕾;;基于自适应遗传算法的PID参数寻优[J];鞍山科技大学学报;2007年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王秀红;刘梦良;;平方可积扰动下线性系统二次鲁棒最优控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 宾洋;陈恳;陈娜娜;;考虑状态时滞的SISO非线性系统输出干扰解耦控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 欧阳高翔;倪茂林;;基于分离算子的鲁棒可靠跟踪控制器设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 杨俊春;胡军;吕孝乐;;高超声速飞行器再入段滑模跟踪控制设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 梁捷;陈力;;漂浮基空间机械臂姿态、关节协调运动的模糊变结构滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 陈志煌;陈力;;漂浮基双臂空间机器人本体与末端抓手协调运动的模糊滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 阮久宏;李贻斌;;一种新的智能控制器设计方法及其在船舶航向控制中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 张秀华;张庆灵;;微分代数系统的无源性在励磁系统中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 Hill David J.;;Advances in Stability Theory for Complex Systems and Networks[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 Hill David J.;;Completeness,Passivity and Stability of Switched Systems[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周芳;蒸汽发生器检修机械手路径规划及控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张宏瀚;高性能U型减摇水舱系统设计与控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 戚增坤;突变控制机制及其在船舶非线性横摇运动中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 朱松;随机回归神经网络的动力学行为研究[D];华中科技大学;2010年
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10 关丽荣;基于反推技术的永磁直线同步电机控制策略研究[D];沈阳工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王岩;智能建模和模糊广义预测控制研究及在船舶减纵摇控制中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 赵杨;船舶适航性与操纵性自航模系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张小萍;高岳林;;一种动态惯性权重的自适应粒子群优化算法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2008年02期
2 魏红昀,邓忠华,魏晴昀;PID专家控制器在温控系统中的应用[J];兵工自动化;2004年04期
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1 李佐成;开式循环鱼雷热动力装置结构参数摄动系统鲁棒H_∞控制[D];西北工业大学;2001年
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9 刘清;船舶操纵运动模糊神经网络控制系统研究[D];武汉理工大学;2002年
10 孟浩;船舶航行的智能自适应控制研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑为民;船舶操舵系统的最优控制[D];大连海事大学;2000年
2 赵卫军;船舶航向RBF神经网络模糊控制及综合监控数据通讯系统[D];大连海事大学;2001年
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7 田超;风浪流作用下船舶操纵运动的仿真计算[D];武汉理工大学;2003年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 李长喜;冯远静;俞立;;基于Backstepping方法的不完全驱动船舶直线航迹控制器的设计[J];船舶工程;2008年04期
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7 杨盐生;船舶减摇鳍系统变结构模糊自适应鲁棒控制[J];大连海事大学学报;2001年04期
8 郑云峰,杨盐生,李铁山;带有执行器的船舶航向控制反馈线性化设计[J];大连海事大学学报;2004年03期
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1 杜佳璐;于双和;郭晨;赵永生;;一类具有未知控制方向的不确定非线性系统自适应控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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7 卓永强;;船舶车舵联动协同控制最优化的研究[A];2009航海技术理论研究论文集[C];2009年
8 卓永强;;船舶车舵联动协同控制最优化的研究[A];1995-2009航海技术论文选集(第1集)[C];2010年
9 刘雨;郭晨;吕进;;基于backstepping的船舶航向滑模控制[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年
10 张利军;贾鹤鸣;金鸿章;王显峰;;基于神经网络的船舶航向自适应输出反馈控制设计[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第七分册)[南京理工大学学报(增刊)][C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 修智宏;模糊控制器的解析研究及在减摇鳍控制中的应用[D];大连海事大学;2005年
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8 陈放;鳍水动力应用及鳍和水舱综合减摇系统研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 翟欢欢;基于递推的船舶航向鲁棒控制器设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
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6 江同洋;船舶横摇运动及减摇鳍控制系统的仿真研究[D];大连海事大学;2011年
7 张馨文;基于反步法的欠驱动船舶直线航迹跟踪控制[D];大连海事大学;2011年
8 刘程;基于DSC-MLP的船舶航向自动舵自适应模糊设计[D];大连海事大学;2011年
9 蒲子芳;航海模拟器中拖轮顶推作业数学模型的研究[D];大连海事大学;2011年
10 刘勇;欠驱动船舶直线航迹控制[D];大连海事大学;2011年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
1 陈可;鲁棒控制理论及航天应用成果丰硕[N];科技日报;2006年
2 姜恩 记者 张丽辉;燕山大学关新平教授获2006年度高校自然科学一等奖[N];河北日报;2007年
3 ;我校获2008年度国家科技奖成果简介[N];新清华;2009年
4 本报记者 王素艳;丹青难写是精神[N];秦皇岛日报;2006年
5 陈循介;智能化:世界机床技术的发展方向[N];中国工业报;2007年
6 本报记者 王光荣;急功近利的研究必然误事[N];光明日报;2002年
7 王勤 顾永红;中国自控领域的著名学者——冯纯伯[N];光明日报;2002年
8 谷金萍 李波 实习生 高珊 本报记者 李冰;佟绍成:追求卓越 永无止境[N];锦州日报;2007年
9 张树方 米厚民;如何为农民挽回3.7亿元损失[N];山西日报;2004年
10 本报记者 王光荣 林英 王远方;祖国在我心中[N];光明日报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨盐生;不确定系统的鲁棒控制及其在船舶运动控制中的应用[D];大连海事大学;2000年
2 黄自元;扫描探针显微镜智能自动化策略研究及应用[D];上海大学;2004年
3 丰保民;自由漂浮空间机器人轨迹规划与轨迹跟踪问题研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
4 蓝益鹏;永磁直线电机伺服系统鲁棒控制的研究[D];沈阳工业大学;2007年
5 刘大亮;一种球形移动机器人的运动分析与控制技术的研究[D];北京邮电大学;2009年
6 赵新华;水下超高速航行体动力学建模与控制研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
7 丛佩超;空间机械臂抓取目标的碰撞前构型规划与控制问题研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
8 冯伟;超小型无人直升机飞行姿态的鲁棒控制研究[D];上海大学;2009年
9 张晓宇;非线性系统鲁棒控制及其在力控鳍中的应用[D];哈尔滨工程大学;2002年
10 常胜;半挂汽车列车动态特性分析与鲁棒控制[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李勇;基于观测器的非线性系统鲁棒自适应模糊控制[D];大连理工大学;2006年
2 王莹;新型汽车主动悬架系统及其鲁棒控制研究[D];广东工业大学;2005年
3 卜劭华;液压伺服驱动位置系统的鲁棒控制[D];燕山大学;2002年
4 秦岭;具有区域极点约束的不确定系统鲁棒控制[D];武汉科技大学;2003年
5 邹治军;基于模糊控制的Smith预估器的改进研究和设计[D];合肥工业大学;2005年
6 许巍丽;全方位移动机器人鲁棒控制[D];沈阳工业大学;2006年
7 薛鹏;永磁同步伺服电动机二自由度控制[D];沈阳工业大学;2006年
8 林安辉;切换系统的鲁棒控制研究[D];厦门大学;2007年
9 安明伟;机床用磁悬浮系统悬浮高度的鲁棒控制研究[D];沈阳工业大学;2010年
10 陆磊;电动轮椅的建模与轨迹控制的仿真研究[D];上海交通大学;2010年
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