基于EIDE的船舶电力推进系统非线性控制方法研究

本项目针对船舶电力推进系统，考虑不确定性干扰的存在与系统的非线性特性，建立被控对象的非线性数学模型，研究利用微分几何反馈线性化的方法将被控对象模型线性化的方法。基于变换后的船舶电力推进系统线性模型，提出一种组合状态观测器与低通滤波器的等价输入干扰估计器(EIDE)的构造方法，通过将真实扰动等效为系统的输入扰动，简化系统非线性控制算法设计的复杂性。进而针对加入等价输入干扰估计器的新型船舶电力推进系统，利用无源性控制方法和自适应策略，给出状态反馈控制器、状态观测器与低通滤波器的分离设计方案，保证系统的稳定性、等价输入干扰估计器的收敛性及系统的扰动抑制性能指标。在理论结果的基础上，基于dSPACE快速控制原型技术，探讨基于等价输入干扰估计器的船舶电力推进系统的可实现条件，构造实时仿真系统，研究实现船舶电力推进系统高精度控制的一般规律，为建立高性能新型运动控制系统提供理论和技术支持。

项目选择船舶电力推进系统作为研究对象，针对船舶电力推进系统具有非线性解析数学表示式的特点，采用座标变换及其李导数方法，处理船舶电力推进系统中具有解析模型的非线性函数，建立系统的伪线性模型；研究确定性或不确定性随机干扰下，船舶电力推进系统等效输入干扰估计器(EIDE)设计的新方法；探讨干扰估计器和状态观测变量重构控制算法设计，结合无源性控制和自适应策略，实现等效输入干扰的准确预估，达到船舶电力推进系统高精度控制的目的；以闭环系统被控对象的性能指标作为等效输入干扰估计器的优化设计目标，使闭环系统的抗扰性能，在系统参数或外界扰动随机变化时达到最优控制。采用快速控制原型(RCP)技术，实现船舶电力推进系统等效输入干扰估计算法和自适应无源性控制方法的实时仿真，从而提高算法设计效率和控制器的可靠性。项目旨在建立和发展基于座标变换、无源性控制和最优化理论的非线性抗扰控制的理论和方法，研究船舶电力推进系统非线性对象高精度控制的一般规律，为建立高性能新型运动控制系统提供理论和技术支持。项目研究成果在许多应用领域(如大规模海上风力发电并网系统等)已实现推广与应用，具有切实的理论意义和应用价值。