学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

H_∞滤波及其在海浪干扰中的应用

作　者: 王新屏
导　师: 张显库
学　校: 大连海事大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 海浪滤波器 H_∞滤波器 Kalman滤波器鲁棒性
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 257次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在船舶运动控制中，海浪干扰对船舶的航向输出具有很大的影响，而运用海浪滤波器可以有效的消除海浪干扰，提高船舶的控制品质。目前，比较常见的海浪滤波器有：Kalman滤波器、时变滤波器、一阶滤波器等。这些滤波器虽然能够较好的滤除海浪干扰，但在某些方面它们还不够完善，为此我们引入了H_∞滤波技术。与Kalman滤波相比，H_∞滤波采用未知的具有有限能量的确定性干扰代替白噪声驱动状态空间系统；与时变滤波器和一阶滤波器相比，H_∞滤波器具有较强的鲁棒性。本文系统地研究了H_∞滤波技术及其在海浪干扰中的应用，设计出了具有较强鲁棒性的海浪滤波器，并通过MATLAB软件中的仿真工具Simulink对该滤波器进行了仿真。论文的主要内容如下： 1．本文首先给出一些与H_∞控制理论和H_∞滤波技术相关的数学基础知识，如信号和系统的范数、代数Riccati方程等，然后对H_∞标准控制问题和H_∞滤波问题进行了简单的介绍。 2．在应用H_∞滤波技术设计海浪滤波器时，必须首先知道被控对象的数学模型，因此在设计H_∞海浪滤波器之前，我们简单的介绍了设计时需要用到的船舶运动数学模型和海浪干扰模型。 3．我们以船舶航向控制系统为基础，采用线性海浪模型设计了一个H_∞海浪滤波器，并分三种情况对该滤波器进行了详细的仿真。首先，仿真是在名义模型的情况下进行的，此时H_∞滤波器的滤波效果很好；其次，我们在系统模型具有摄动的情况下进行仿真，此时经H_∞滤波器滤波后的航向输出和舵令输出基本能够达到稳定；最后，我们采用较复杂的非线性海浪模型代替线性海浪模型进行仿真，H_∞滤波器的滤波效果也是比较稳定的，并且估计精度较高。总的来说，我们设计的H_∞海浪滤波器能够有效的消除海浪干扰，并具有较强的鲁棒性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-9
  1.1 问题的提出  7-8
  1.2 论文的结构  8-9
第2章数学基础知识  9-15
  2.1 信号和系统的范数  9-10
    2.1.1 信号的范数  9
    2.1.2 系统的范数  9-10
  2.2 代数Riccati方程  10-12
    2.2.1 代数Riccati方程的一般解  10-12
    2.2.2 代数Riccati方程的稳定解  12
  2.3 H_∞范数与Riccati方程的关系  12-13
  2.4 H_∞范数与Riccati不等式的关系  13-15
第3章 H_∞标准控制问题和H_∞滤波问题  15-19
  3.1 H_∞标准控制问题  15-16
  3.2 H_∞滤波问题  16-19
第4章船舶运动方程及海浪干扰  19-28
  4.1 船舶运动方程  19-24
    4.1.1 船舶平面运动的线性数学模型  19-21
    4.1.2 两个自由度的线性和非线性船舶运动方程  21-23
    4.1.3 三个自由度的非线性船舶运动方程  23
    4.1.4 四个自由度的非线性船舶运动方程  23-24
    4.1.5 Nomoto模型  24
  4.2 海浪干扰  24-28
    4.2.1 海浪干扰的数学模型  24-26
    4.2.2 线性海浪模型  26-28
第5章 H_∞滤波器的设计  28-45
  5.1 系统的广义被控对象  29-32
  5.2 H_∞滤波器的设计  32-34
  5.3 H_∞滤波器的仿真  34-45
    5.3.1 名义模型时的仿真情况  35-37
    5.3.2 系统模型具有摄动时的仿真情况  37-38
    5.3.3 采用非线性海浪模型时的仿真情况  38-45
第6章结论  45-46
攻读学位期间公开发表的论文  46-47
致谢  47-48
参考文献  48-50

H_∞滤波及其在海浪干扰中的应用

内容摘要

全文目录

相似论文