模糊多模型船舶运动控制系统的研究

论文摘要

船舶运动控制是一个重要的研究领域，其目的是提高船舶自动化、智能化水平，进而保证航行的安全性、经济性和舒适性。近二十年来控制论的全面繁荣为船舶运动控制系统的设计提供了诸多控制算法，特别是模糊控制理论被引入到该领域后，为船舶运动控制科学的发展注入了活力。 模糊控制特别适合于处理那些难以建立精确数学模型的复杂控制问题。相对于目前模糊控制在工业应用方面取得的巨大进展，模糊控制理论的发展则滞后了一些。模糊控制理论的研究包括解决模糊控制系统中关于稳定性分析、系统的设计方法、控制系统性能的提高等核心问题。针对目前应用广泛的T-S模糊控制系统，在深入研究模糊控制系统的稳定性及控制器设计基础上，将这些模糊控制理论应用于船舶运动控制，推进船舶控制理论的发展。主要研究工作如下： 船舶运动数学模型是研究船舶运动操纵和控制的基础。针对船舶模型的非线性、时变性和不确定性的特点，首先在讨论船舶操纵运动线性和非线性数学模型的基础上，结合由于航速及装载状态等的变化引起的模型参数不确定性以及外界风、浪、流的干扰不确定性，研究了一种Norrbin不确定船舶运动建模问题。 针对连续的T-S模糊控制系统，定义了有效最大交叠规则组集和有效最大交叠规则组的概念。基于这两个概念和Lyapunov稳定性理论，提出了一种模糊控制系统的稳定性分析及系统设计方法，给出了经由并行分布补偿（PDC）原理设计模糊控制器保证模糊系统稳定的充分条件。此方法不仅降低了寻找公共正定矩阵方法和在每个最大交叠规则组中分别寻找一个局部公共正定矩阵方法的保守性和难度，而且这些方法作为特例包含于所提出的方法中。为证明该方法的可行性，给出了连续的非线性Norrbin船舶运动系统的模糊控制器设计实例。 针对离散的T-S模糊控制系统，在分析模糊系统前件规则结构信息的基础上，将模糊Lyapunov函数和分段Lyapunov函数相结合，构造出一类模糊系统的分段模糊Lyapunov函数。采用并行分配补偿（PDC）技术，利用分段模糊Lyapunov函数进行了模糊系统的稳定性分析与控制器设计。该方法减少了模糊Lyapunov函

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 模糊控制系统稳定性分析方法的发展
• 1.2.1 传统模糊系统的稳定性分析方法
• 1.2.2 T-S模糊系统稳定性分析方法
• 1.2.3 模糊系统稳定性分析的发展
• 1.3 船舶运动控制的发展概况
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 基础准备
• 2.1 船舶运动及干扰的数学模型
• 2.1.1 船舶运动数学模型
• 2.1.2 干扰的数学模型
• 2.1.3 不确定Norrbin船舶运动数学模型
• 2.2 模糊系统的基本原理
• 2.2.1 模糊系统的分类
• 2.2.2 模糊系统组成
• 2.2.3 带有中心平均解模糊器的模糊系统
• 2.2.4 模糊系统作为万能逼近器
• 2.3 Lyapunov稳定性理论
• 2.3.1 基本概念
• 2.3.2 Lyapunov稳定性定理
• 2.4 双交叠模糊分划的定义及其模糊系统的性质
• 2.5 本章小结
• 第3章 连续T-S模糊系统稳定性分析及控制器设计
• 3.1 概述
• 3.2 连续T-S模糊模型
• 3.3 开环连续T-S模糊系统的稳定性分析
• 3.3.1 基本的稳定性判定方法
• 3.3.2 主要结果
• 3.3.3 仿真分析
• 3.4 模糊控制器设计
• 3.4.1 并行分布补偿原理
• 3.4.2 闭环模糊控制系统的稳定性分析
• 3.4.3 船舶运动模糊控制器设计
• 3.5 小结
• 第4章 离散T-S模糊系统稳定性分析及控制器设计
• 4.1 概述
• 4.2 离散T-S模糊模型
• 4.3 基本的稳定性判定方法
• 4.4 分段Lyapunov函数方法
• 4.4.1 开环T-S模糊系统的稳定性分析
• 4.4.2 模糊控制器的设计
• 4.4.3 仿真示例
• 4.5 分段模糊Lyapunov函数方法
• 4.5.1 开环T-S模糊系统的稳定性分析
• 4.5.2 模糊控制器设计
• 4.6 线性Nomoto船舶运动控制器设计
• 4.7 小结
• 第5章 基于反馈线性化方法的模糊自适应船舶航向控制
• 5.1 概述
• 5.2 基础知识
• 5.2.1 参考模型
• 5.2.2 FNN模型
• 5.3 自适应FNN船舶航向控制
• 5.3.1 FNN逼近器
• 5.3.2 船舶航向自适应FNN控制器设计
• 5.4 仿真示例
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历