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基于ADRC的船舶航向控制器设计与仿真研究

ADRC 船舶航向控制器

基于ADRC的船舶航向控制器设计与仿真研究

 第39卷 第1期2009年2月 山 东 大 学 学 报 (工 学 版)

         

Vol.39 No.1Feb.2009 JOURNALOFSHANDONGUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCE)

 文章编号:167223961(2009)0120057206

基于ADRC的船舶航向控制器设计与仿真研究

周风余,单金明,王伟,陈景帅,阮久宏

(山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061)

摘要:船舶航向运动系统具有典型的非线性和不确定性,并受到自动舵执行能力的约束以及风、浪、流等的干扰,使得航向控制器的设计非常困难.针对以上问题给出了带有舵机约束的船舶运动非线性数学模型以及海浪扰动数学模型,对ADRC的原理进行了简要介绍,设计出了船舶航向ADRC控制器.仿真结果表明该控制器对于船舶航向运动的非线性、参数不确定性、环境不确定性以及控制对象的模型变化均有较强的鲁棒性,航向切换控制过程快速、平滑,操舵量小,可以实现高精度的航向保持控制.关键词:船舶非线性系统模型;航向控制器;ADRC中图分类号:TP273   文献标志码:A

Researchonthedesigncourse

SH2,WANGWei,CHENJing2shuai,RANJiu2hong

(ScienceandEngineering,ShandongUniversity,Jinan250061,China)

Abstract:Becauseofstrongnon2linearityanduncertainty,thedynamicsrestraintsofautopilots,aswellastheeffectsofwavedisturbances,designingahighperformanceshipcoursecontrollerisalwaysdifficultwork.Designoftheshipcourseactivedistur2bancerejectioncontroller(ADRC)basedonthenonlinearmathematicalmodelofshipcourselocomotionwithautopilotrestrictionsandthemodelofwavedisturbanceswerepresented.Thesimulationresultsofshipcoursetrackingandkeepingshowedthatthecontrollerhasgoodadaptabilitiesonsystemnon2linearityandstrongrobustnesstoparameterperturbationsoftheshipandenviron2mentaldisturbances.Thecourseswitchingisfastandsmoothwithsmallrudderturningvolume,andthusachievedhigh2accurateshipcoursecontrol.

Keywords:shipnonlinearmodel;coursetrackingcontroler;activedisturbancerejectioncontroller(ADRC)

被用于船舶航向控制.但是由于船舶运动的复杂性,

0 引言

船舶交通承担着90%以上的国际贸易运输量,随着经济的不断发展,海上交通的密集度越来越大,对航行的安全性和经济性的要求也越来越高,因此对船舶的航行控制就成为一个重要研究课题.

上世纪20年代,基于PID方法的自动舵就被设计出来并用于船舶航向的自动控制.随着控制理论的发展,上世纪70年代自适应控制等现代控制方法

收稿日期:2008210210

外部环境影响是随机和难以预测的,自适应控制算法等现代控制方法并不能彻底解决船舶航向的控制问题.实际上,船舶运动具有大惯性、非线性等特点,航速及装载的变化产生了模型参数摄动.航行中风对船舶产生均风力和附加变动风力,流产生船位的漂移,浪造成船舶航向角的高频变化和船位低频漂移,以及航行条件的变化、环境参数的严重干扰等都使船舶运动产生不确定性,使得自适应控制技术在船舶航向控制应用中受到了限制.随后,各种新的

基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Y2007G36);山东省信息产业发展专项课题资助项目(2006R01003)

作者简介:周风余(19692),男,山东沂南人,副教授,博士,研究方向为智能机器人,船舶电子,计算机控制系统的研究、开发和利用.

E2mail:zhoufengyu@http://doc.docsou.com

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