基于滑模的船舶直线航迹控制设计与优化

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1、目录第l章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1课题研究的背景和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l1．2国内外研究现状综述：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．3研究内容：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41．4采取的研究方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5‘第2章船舶运动数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2．1船舶运动方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．1。1坐标系与运动参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．1．

2、2平面内船舶运动方程的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．1．3舵机特性数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l02．2船舶运动数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一l02．2．1船舶运动控制系统状态方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．2．2无外界干扰情况下的船舶运动数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯lO2．2．3有风流干扰情况下的船舶运动数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．3船舶直线航迹跟踪控制系统特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．132．3．1船舶直线航迹跟踪控制特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l32．3．

3、2控制系统模型的特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142．3．3假设条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142．4小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．14第3章船舶直线航迹运动控制设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．163．1直线航迹控制设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．163．1．1滑模控制设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l63．1．2控制律设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯183．1．3稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯193．2MATLAB仿真结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．2．1无外界干扰情况下的船舶航迹控制仿真结果与分析⋯⋯⋯一2l3．2。2定常流干扰情况下船舶航迹控制仿真结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯223．2．3定常流和非定常风干扰情况下船舶航迹控制仿真结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯223．3小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一24目录第4章船舶航迹控制参数在线优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一254．1控制参数在线优化方案⋯⋯⋯⋯⋯

5、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．254．1．1控制参数物理意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯254．1。2控制参数在线自整定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯264．2船舶直线航迹控制仿真及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．284．2．1初始参数设定对于控制效果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．284．2．2不同操纵性情况下控制器控制效果仿真与分析⋯⋯⋯⋯⋯一304．3小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3l第5章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一33参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

6、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一34致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一39作者简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40基于滑模的船舶直线航迹控制设计及优化第1章绪论1．1课题研究的背景和意义海洋运输在国际物流运输中扮演着重要的角色，海洋运输是指使用船舶通过海上航道在不同国家和地区的港口之间运送货物的一种方式。海洋运输的源头可以追溯到几千年前，海洋运输伴随着世界文明发展的进程【301。地区之间、国与国之间的大宗货物贸易主要依赖于海洋运输【31】。目前，2／3以上的国际贸易以及约90％的

7、中国出口货运都是利用海洋运输⋯。随着改革开放的到来，中国经济的快速发展以及对外贸易的迅速扩展，促进了我国海运业的高速迅猛发展，使得中国海运在世界海运市场占据了无法替代的地位。因此，对于科学地操控船舶，使之能够安全且准时的到达目的港的研究变得尤为重要，研究开发船舶的自动化控制是势在必行的。近些年来，欠驱动系统控制的研究越来越受到专家及学者的关注。当系统位形空间(configurationspace)的维数(dimension)与系统控制输入向量组成空间的维数相同时，即针对不同的位形状态，均有与之相对应的控制器对其进行控制，以实现一

8、一对应的控制关系，这样的控制系统称为全驱动系统(fullactuatedsystem)。而当由控制输入维数小于位形空间维数时，控制系统为欠驱动系统(underactuatedsystem)12J。水面船舶的运动控制属于典型的欠驱动系统控制。目前，对于船舶欠驱动控