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鲁棒控制理论在船舶摇摆台系统中的应用研究

郭来军  
【摘要】: H_∞控制理论是分析和设计不确定系统的一种强有力的工具,主要解决对象建模中的误差和在一定范围内因模型摄动而引起控制品质恶化的控制难题。本文对H_∞控制理论在船舶水舱摇摆台位置系统的应用进行了分析,在详细分析和研究系统数学模型的基础上,首次应用H_∞控制理论对船舶水舱摇摆台控制系统进行了混合灵敏度的优化设计研究,获得了满意的结果。 水舱试验摇摆台是研究和设计减摇水舱的重要试验设备,该试验装置是一种专用综合系统,目前在国内还没有如此功能规模的装置。利用它可以模拟船在海浪中的横摇和横荡运动,从而通过摇摆台试验为减摇水舱的设计提供依据。 水舱试验摇摆台是按照船的摇摆模型和相似关系建立起来的,本文以摇摆台为基础,对摇摆台的控制系统进行了设计。 本文建立了船舶—水舱运动的数学模型以及摇摆台横摇和横荡位置系统数学模型,选取了油缸、电液伺服阀的型号以及传感器的型号。并计算选取了数学模型中的各个参数。同时针对建立的数学模型,采用基本PID控制器对系统进行了校正,并进行了仿真研究。仿真表明,经典的PID控制可以在一定的程度上获得满意的响应特性,但由于系统中存在的参数不确定性以及干扰的作用,当参数摄动时,使得经典的PID控制的位置系统精度开始变差,为了提高系统的鲁棒性、鲁棒性能,引进H_∞控制理论,通过对系统不确定性的分析,合理的选择了加权函数,为系统设计了鲁棒控制器。最后,又对系统进行仿真研究,通过和PID控制器作用下的仿真对比,发现鲁棒控制器作用下的系统在参数摄动时仍能保持很好的稳定性,而且提高了系统的跟随精度,增加了系统在存在外界干扰的鲁棒性,明显改善了系统的性能。


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