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《哈尔滨工程大学》 2004年
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欠驱动船舶非线性控制研究

韩冰  
【摘要】:机械系统的欠驱动特性是指系统控制输入向量空间的维数小于系统广义坐标向量空间维数的情况。该系统的特点是可用维数较少的输入控制其在维数较多的广义坐标空间内的运动。对欠驱动系统的研究,不仅可以降低系统的费用及重量,而且当实际系统中出现某执行装置失灵时,可以在欠驱动的概念基础上,利用未失灵的执行装置继续对系统进行有效的控制,降低因部分元件发生故障而对系统整体性能的影响。因此,近几年对于欠驱动机械系统的控制研究得到格外关注。 本文以常规水面船舶为研究对象,指出其在特定的控制要求下,系统具有欠驱动特性,并且针对欠驱动船舶不同控制要求下的非线性控制问题进行了深入的研究。 本文利用拉格朗日能量法推导了船舶6自由度非线性运动方程。在此基础上,通过增加简化条件,获得常规船舶水平面运动方程。采用微分几何的方法证明了欠驱动船舶水平面运动系统属于二阶非完整系统;同时证明了系统是强可达的及小时间局部可控的;并从能量的角度,揭示出该系统具有无源性。 对于欠驱动船舶动力定位和自动泊位的镇定控制律设计,基于σ变换方法的思想,通过在系统中增加附加收敛控制项,控制系统的整体收敛速率,获得具有指数收敛速率的时变光滑反馈镇定律,实现了欠驱动船舶的镇定控制。该方法同样适用于经微分同胚变换后获得的二阶系统方程组。该方法克服了其它方法中控制律不连续和对系统状态存在限制条件的缺陷。 对于欠驱动船舶的直接航迹控制问题,证明了欠驱动船舶直接航迹控制系统属于微分平滑系统。采用动态扩张反馈线性化的方法,获得欠驱动船舶直接航迹控制器,实现了欠驱动船舶航迹误差和航向误差全局渐近指数镇定。该方法解除了其它方法中要求角速度持续激励的假设条件。 证明了尾部带有两个螺旋桨推进器的欠驱动气垫船的航向—侧漂综合系统是可控的,并借鉴齐次方法中设定速度场的控制思想,并结合反步法设计
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:U664

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 王志文;彭秀艳;王大巍;;Serret-Frenet框架下欠驱动船的输出反馈路径跟踪鲁棒控制[J];船舶工程;2010年06期
2 郑敏捷;徐世杰;;欠驱动航天器姿态控制系统的退步控制设计方法[J];宇航学报;2006年05期
3 黄兴宏;徐世杰;;欠驱动航天器的分段解耦姿态控制[J];宇航学报;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 黄兴宏;徐世杰;;欠驱动航天器的一种姿态控制方案研究[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年
2 郑敏捷;徐世杰;;欠驱动航天器姿态控制系统退步控制设计方法[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 兰晓娟;一种新型水下球形机器人的若干关键技术研究[D];北京邮电大学;2011年
2 程相勤;基于滑模理论的欠驱动UUV空间曲线路径跟踪控制[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 吴恭兴;无人艇操纵性与智能控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 卜仁祥;欠驱动水面船舶非线性反馈控制研究[D];大连海事大学;2008年
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6 毕凤阳;欠驱动自主水下航行器的非线性鲁棒控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 姜宇;欠驱动质量矩飞行器的控制设计方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 姜勇;基于非完整约束的三关节机械手设计及实验研究[D];武汉理工大学;2011年
2 王勇;欠驱动船舶航迹跟踪控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 王国英;欠驱动水面艇运动控制建模及三维仿真实现研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 苏柏泉;微分几何方法在潜器操纵运动中的研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
5 王玉平;一种三维空间的可控欠驱动机械手的研究[D];武汉理工大学;2008年
6 李长喜;不完全驱动船舶直线航迹控制系统的研究与设计[D];浙江工业大学;2008年
7 白彦伟;基于微分几何移动机械臂非线性控制的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 阚如文;无人水下航行器姿态控制策略研究[D];吉林大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周成朋;基于有功负荷ON-OFF调制的电力系统稳定控制[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2005年01期
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9 李胜;胡维礼;;一类非完整系统镇定控制器的递推设计方法[J];兵工学报;2009年09期
10 柯芳;涅乌希宾;;飞行器智能控制系统研究进展[J];兵工学报;2010年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 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
3 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
4 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
5 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
6 毛行静;陈力;;漂浮基空间机械臂末端爪手惯性空间轨迹跟踪的改进滑模变结构控制方案[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 张晨曦;樊鹏辉;王新华;蔡开元;;可垂直起降和高速前飞飞行器模态转换控制律设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 朱道宏;柴钰;;基于终端滑模的多关节机器人跟踪控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
9 李世华;田玉平;;一种非完整移动机器人有限时间跟踪控制算法[A];江苏省自动化学会七届四次理事会暨2004学术年会青年学者论坛论文集[C];2004年
10 史永杰;王银河;;基于模型补偿的一类非线性系统的控制设计[A];中南六省(区)自动化学会第24届学术年会会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 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
5 王龙金;零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 王显峰;船舶运动鲁棒H_∞估计与预报研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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
8 王前;开关电源的协同控制理论及脉宽调制应用技术研究[D];华南理工大学;2010年
9 周巍;煤矿井下搜救探测机器人的路径规划及轨迹跟踪控制研究[D];太原理工大学;2011年
10 张勇;交通流的非线性分析、预测和控制[D];北京交通大学;2011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 乔晓国;深水浮式结构动力定位能力动态分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 潘胤卓;舰炮自动化弹库交流伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王思研;变形鳍在低航速下升力建模与控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 费日奎;船用吊艇架被动式波浪补偿技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 赵淑香;零航速下减摇鳍的运动规律与能量优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 张杰;近水面作业的机器人综合减摇机理研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 张仁丹;船舶航迹控制技术研究[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 郭光辉;;仿人智能控制算法的现状及趋势[J];安徽职业技术学院学报;2007年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赖旭芝;一类非完整欠驱动机械系统的智能控制[D];中南大学;2001年
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3 朱齐丹;具有非驱动关节的机器人控制研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
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5 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
6 邱磊;船舶操纵相关粘性流及水动力计算[D];武汉理工大学;2003年
7 常文君;基于神经网络的多水下机器人协调控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
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10 张连东;基于微分几何学的机器人操作性能的研究[D];大连理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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8 毛建;轮式机器人控制问题的研究[D];南京理工大学;2002年
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10 高剑;自主式水下航行器的建模与自适应滑模控制[D];西北工业大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 王艺;戈新生;;基于中心流形理论的欠驱动航天器姿态控制[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2010年02期
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5 甄红涛;齐晓慧;夏明旗;赵红瑞;;四旋翼无人直升机飞行控制技术综述[J];飞行力学;2012年04期
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7 施建洪;张友安;梁勇;;飞行器落角与撞击时间控制研究[J];海军航空工程学院学报;2011年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 兰晓娟;一种新型水下球形机器人的若干关键技术研究[D];北京邮电大学;2011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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中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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9 本报记者 张少晨;4月份卡车市场略有起色[N];中国工业报;2006年
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10 刘振泽;欠驱动步行机器人运动学机理与控制策略研究[D];吉林大学;2007年
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3 任志全;3R欠驱动机器人位置控制方法与实验研究[D];北京工业大学;2010年
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10 茅一春;肌电控制欠驱动仿人假肢手的设计[D];上海交通大学;2007年
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