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《大连海事大学》 2003年
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H_∞滤波及其在海浪干扰中的应用

王新屏  
【摘要】: 在船舶运动控制中,海浪干扰对船舶的航向输出具有很大的影响,而运用海浪滤波器可以有效的消除海浪干扰,提高船舶的控制品质。目前,比较常见的海浪滤波器有:Kalman滤波器、时变滤波器、一阶滤波器等。这些滤波器虽然能够较好的滤除海浪干扰,但在某些方面它们还不够完善,为此我们引入了H_∞滤波技术。与Kalman滤波相比,H_∞滤波采用未知的具有有限能量的确定性干扰代替白噪声驱动状态空间系统;与时变滤波器和一阶滤波器相比,H_∞滤波器具有较强的鲁棒性。本文系统地研究了H_∞滤波技术及其在海浪干扰中的应用,设计出了具有较强鲁棒性的海浪滤波器,并通过MATLAB软件中的仿真工具Simulink对该滤波器进行了仿真。论文的主要内容如下: 1.本文首先给出一些与H_∞控制理论和H_∞滤波技术相关的数学基础知识,如信号和系统的范数、代数Riccati方程等,然后对H_∞标准控制问题和H_∞滤波问题进行了简单的介绍。 2.在应用H_∞滤波技术设计海浪滤波器时,必须首先知道被控对象的数学模型,因此在设计H_∞海浪滤波器之前,我们简单的介绍了设计时需要用到的船舶运动数学模型和海浪干扰模型。 3.我们以船舶航向控制系统为基础,采用线性海浪模型设计了一个H_∞海浪滤波器,并分三种情况对该滤波器进行了详细的仿真。首先,仿真是在名义模型的情况下进行的,此时H_∞滤波器的滤波效果很好;其次,我们在系统模型具有摄动的情况下进行仿真,此时经H_∞滤波器滤波后的航向输出和舵令输出基本能够达到稳定;最后,我们采用较复杂的非线性海浪模型代替线性海浪模型进行仿真,H_∞滤波器的滤波效果也是比较稳定的,并且估计精度较高。总的来说,我们设计的H_∞海浪滤波器能够有效的消除海浪干扰,并具有较强的鲁棒性。
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