基于DSC-MLP的船舶航向自动舵自适应模糊设计

论文摘要

开发自适应性、鲁棒性好并且结构简单、易于工程实践的船舶航向自动舵是当今船舶运动控制领域的一个重要课题。本文主要设计了三种结构简单、计算量小的船舶航向自动舵自适应模糊控制算法：第一种算法的每个子系统中有两个学习参数；第二种算法的每个子系统中有一个学习参数；第三种算法的整个系统只有一个学习参数。本文中的船舶航向自动舵自适应模糊控制算法采用T-S模糊系统逼近船舶航向控制系统中的未知不确定性项,但是通常利用模糊逼近器所设计的自适应算法中易产生“维数灾难”的问题,本文采用最少学习参数算法（Minimal Learning Paramaters; MLP）去解决这个问题。设计过程中采用后推（Backstepping）方法,在利用后推方法时,易产生“计算量膨胀”问题,为解决“计算量膨胀”问题,我们引进了动态面控制算法（Dynamic Surface Control; DSC）。将MLP与DSC结合,旨在能够同时解决“维数灾难”以及“计算度膨胀”问题,所以本文设计的船舶航向自动舵自适应模糊控制算法计算量小,易于工程实现,并且能够避免可能存在的控制器奇异值问题。同时,能够保证闭环系统的稳定性,并且使得航向跟踪误差任意小。利用Matlab对本文提出的三种自适应模糊算法进行计算机仿真；为了进一步说明控制器的控制性能,改变船舶航向控制系统模型参数,对比仿真结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究现状及意义
• 1.2.1 船舶航向自动舵现状
• 1.2.2 课题的提出及意义
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 基础知识
• 2.1 船舶航向控制系统数学模型
• 2.2 T-S模糊系统及其逼近
• 2.3 BACKSTEPPING控制设计方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 船舶航向自动舵自适应模糊设计（一）
• 3.1 问题描述
• 3.2 控制器设计及稳定性分析
• 3.2.1 控制器设计
• 3.2.2 稳定性分析
• 3.3 仿真研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 船舶航向自动舵自适应模糊设计（二）
• 4.1 问题描述
• 4.2 控制器设计及稳定性分析
• 4.2.1 控制器设计
• 4.2.2 稳定性分析
• 4.3 仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 船舶航向自动舵自适应模糊设计（三）
• 5.1 问题描述
• 5.2 控制器设计及稳定性分析
• 5.2.1 控制器设计
• 5.2.2 稳定性分析
• 5.3 仿真研究
• 5.3.1 仿真结果
• 5.3.2 横向仿真对比
• 5.3.3 与PD舵对比研究
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 公开发表论文
• 研究生履历