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第1章 绪论 1

参考文献 11

第2章 船舶运动数学模型 16

2.1 引言 16

2.2 船舶平面运动的线性化数学模型 17

2.2.1 船舶平面运动的非线性模型和线性模型 18

2.2.2 状态空间型船舶平面运动数学模型 21

2.2.3 传递函数型的船舶运动数学模型 22

2.3 响应型非线性船舶运动数学模型 23

2.3.1 响应型非线性数学模型描述 24

2.3.2 非线性表达式中参数的曲线拟合计算 25

2.3.3 响应型非线性船舶运动数学模型的验证 26

参考文献 26

第3章 线性系统的简捷鲁棒控制 29

3.1 SISO系统的简捷鲁棒控制 29

3.1.1 准备知识 29

3.1.2 H∞鲁棒控制理论简述 30

3.1.3 回路成形算法 34

3.1.4 SISO系统闭环增益成形控制算法 35

3.1.5 船舶自动舵简捷鲁棒控制算法 37

3.2 简捷鲁棒控制的特例——PID控制 40

3.2.1 张氏模型及PID参数求取 40

3.2.2 鲁棒PID控制在水箱液位控制中的应用 41

3.2.3 鲁棒PID控制与最优PID控制的比较 43

3.2.4 鲁棒PID控制与H∞控制的比较 44

3.3 简捷鲁棒控制的模型摄动 45

3.4 不稳定系统的简捷鲁棒控制 46

3.4.1 一般不稳定过程的简捷鲁棒控制 46

3.4.2 用镜像映射方法求纯不稳定过程的鲁棒控制器 48

3.4.3 具有对偶极点的不稳定过程的鲁棒控制 51

3.4.4 具有对偶零极点的不稳定系统控制器设计 55

3.5 基于信息对称的简捷鲁棒控制 65

3.5.1 信息对称理论 66

3.5.2 基于闭环增益成形算法的简捷控制 67

3.5.3 改进舵机执行机构增加信息传递量 68

3.6 离散系统的简捷鲁棒控制 71

3.6.1 离散型闭环增益成形算法 72

3.6.2 船舶航向保持离散数学模型 74

3.7 大惯性系统简捷鲁棒控制算法改进 76

3.7.1 改进的船舶简捷鲁棒控制算法 76

3.7.2 仿真结果分析 78

3.8 MIMO系统的简捷鲁棒控制 79

3.9 非方阵系统的简捷鲁棒控制 84

3.10 多时滞非方阵系统的简捷鲁棒控制 88

3.10.1 多时滞非方阵系统的闭环增益成形算法 88

3.10.2 仿真实例 89

3.11 简捷鲁棒控制的非脆弱性 92

3.11.1 问题描述及准备知识 93

3.11.2 鲁棒PID参数设计及非脆弱性验证 93

参考文献 96

第4章 神经网络简捷鲁棒控制 100

4.1 基于监督控制的简捷鲁棒控制 100

4.1.1 鲁棒神经网络系统 100

4.1.2 响应型非线性船舶运动数学模型 101

4.1.3 仿真结果 102

4.2 基于直接控制的简捷鲁棒控制 105

4.2.1 鲁棒神经网络控制器设计 105

4.2.2 鲁棒控制器的实现及仿真结果 112

参考文献 116

第5章 非线性系统的简捷鲁棒控制 117

5.1 非线性PID算法 117

5.1.1 非线性控制理论发展概述 117

5.1.2 基于精确反馈线性化的船舶航向保持PID控制器 119

5.1.3 与闭环增益成形算法结合形成鲁棒PID控制器 121

5.1.4 由闭环增益成形算法构成的非线性鲁棒PID控制器 122

5.2 基于精确反馈线性化的简捷鲁棒控制 123

5.2.1 精确线性化的条件 123

5.2.2 基于状态反馈精确线性化法的非线性船舶自动舵设计 124

5.3 基于Backstepping的非线性控制 127

5.3.1 Lyapunov理论 127

5.3.2 基于Backstepping方法的船舶运动航向保持控制 128

5.4 积分Backstepping的简捷鲁棒控制 133

5.4.1 积分Backstepping设计方法 133

5.4.2 积分Backstepping的船舶航向保持非线性鲁棒控制器设计 134

5.4.3 仿真结果分析 140

5.5 基于Lyapunov的简捷鲁棒控制 142

5.5.1 船舶航向保持的非线性简化控制算法 142

5.5.2 仿真实验 144

5.6 MIMO非线性系统的简捷鲁棒控制 146

5.6.1 虚拟输出函数的简便求解方法 147

5.6.2 非线性舵鳍联合系统的状态反馈线性化 148

5.6.3 非线性舵鳍联合系统的控制器设计 151

5.6.4 仿真研究 152

5.7 具有非线性反馈的简捷鲁棒控制 154

5.7.1 正弦函数驱动的非线性反馈控制系统 155

5.7.2 仿真结果分析 157

参考文献 159

第6章 简捷鲁棒控制在航海模拟器中的应用 162

6.1 航海模拟器简介 162

6.2 简捷鲁棒控制在航海模拟器中的应用 163

6.2.1 航迹保持原理 163

6.2.2 航迹保持控制算法 164

6.2.3 系统的VC实现及结果 168

6.2.4 简捷鲁棒控制算法在航海模拟器中的应用 170

参考文献 176