船舶舵減搖魯棒控制研究.pdf

1、船舶在航行時，由于受到風(fēng)，浪以及海流的干擾，會使之產(chǎn)生一定程度的橫搖并且對船舶航向造成影響。船舶的橫搖會對船舶安全穩(wěn)定的運(yùn)行造成很大的影響，不僅會影響到船舶上貨物的安全，而且還會降低船員的工作效率,所以減小橫搖對船舶的安全行駛非常重要。目前的一些減搖設(shè)備包括減搖水艙，減搖鰭以及舵減搖。減搖水艙由于它的自由液面會降低船舶定傾中心高度，從而造成橫搖穩(wěn)定性的減少。減搖鰭隨著航速的降低，減搖的效率會逐漸下降。舵減搖作為新的減搖方式，利用舵在船舶

2、航行時產(chǎn)生的橫搖力矩，在控制航向的同時，還能夠承擔(dān)減搖任務(wù)。
　　本文通過建立慣性坐標(biāo)系以及附體坐標(biāo)系對船舶受力進(jìn)行分析，根據(jù)艏搖和橫搖運(yùn)動的特點(diǎn)，建立船舶運(yùn)動線性與非線性模型。然后分析了船舶所受的海浪干擾，從海浪波能譜的角度，研究了波浪的構(gòu)成，給出了仿真所需的海浪干擾模型。其次根據(jù)艏搖和橫搖運(yùn)動對舵的分頻響應(yīng)現(xiàn)象，采用了針對不確定性系統(tǒng)以及抑制系統(tǒng)外部擾動的H?控制理論分別設(shè)計(jì)了航向以及舵減搖控制系統(tǒng)，從而使控制系統(tǒng)在減搖的同時

3、還能夠?qū)较蜻M(jìn)行控制。對于航向控制的設(shè)計(jì)，本文采用了混合靈敏度的方法，所設(shè)計(jì)的控制器使得船舶實(shí)際的航向能夠精確跟蹤設(shè)定航向，較好地抑制了海浪的干擾。而針對舵減搖控制器的設(shè)計(jì)，本文考慮到舵減搖控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用了基于 LMI的方法求解控制器。這樣可以有效抑制舵對航向的控制頻率所帶來的干擾。對于加權(quán)函數(shù)的選擇，本文根據(jù)系統(tǒng)控制頻率和海浪干擾頻率，提出了一種基于遺傳算法的航向控制系統(tǒng)加權(quán)函數(shù)選擇方法。最后，本文在建立起海浪干擾模型的基礎(chǔ)上建

4、立新的擴(kuò)展系統(tǒng)，其中白噪聲作為擴(kuò)展系統(tǒng)干擾來處理。然后利用基于卡爾曼濾波的方法，對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，從而進(jìn)一步減小外部干擾對船舶橫搖的影響。并且通過仿真研究，分析了船舶的艏搖以及橫搖的控制效果。
　　目前對于舵減搖的研究主要集中于對控制器的設(shè)計(jì)，減搖效果大多在50％~70%?？傮w上，大部分控制系統(tǒng)對外部海浪干擾抑制不夠強(qiáng)，減搖率不夠高,并且未考慮系統(tǒng)的不確定性。本文通過上述的方法所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)能夠有效的降低外部干擾和系統(tǒng)不確定性帶