舵鰭聯(lián)合控制參數(shù)敏感性分析及控制器優(yōu)化.pdf

1、操縱性能是船舶控制領域長期關注的研究問題之一，而回轉(zhuǎn)運動是體現(xiàn)船舶操縱性的重要運動形式。靜水條件下，船舶回轉(zhuǎn)運動過程中會產(chǎn)生內(nèi)傾和外傾；擾動條件下，則會產(chǎn)生橫搖，過大的橫傾或者橫搖會導致船舶的傾覆。減小船舶橫傾和橫搖是提高船舶回轉(zhuǎn)特性、提升操縱性能的重要途徑。可以由兩個方面來減小回轉(zhuǎn)運動中的橫搖，一方面是船舶固有的物理特性，即船舶參數(shù)選??；另一方面是控制策略，即控制器的設計。本文從影響船舶回轉(zhuǎn)特性的舵鰭參數(shù)入手，采用敏感性分析的方法，研

2、究了舵鰭參數(shù)對船舶回轉(zhuǎn)性能的具體影響，在此基礎上，通過優(yōu)化舵鰭參數(shù)，改善了船舶固有回轉(zhuǎn)性能?？刂破鞯脑O計方面，在船舶回轉(zhuǎn)運動中，舵保持在固定角度，通過對減搖鰭的控制，實現(xiàn)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制器的設計，改善閉環(huán)系統(tǒng)回轉(zhuǎn)性能。
　　本研究首先建立船舶運動模型，由于研究船舶參數(shù)變化對回轉(zhuǎn)運動的影響，選取了物理意義明確且可以對各部分單獨分析的分離建模方法，基于牛頓運動定理的六自由度模型，簡化得到仿真所需的四自由度運動方程，為了使數(shù)學模型更加精

3、準，從進行過水池試驗且水動力導數(shù)已知的船型中選取研究船型，并在此基礎上加入環(huán)境擾動模型、舵鰭控制模型和環(huán)境擾動模型等，將各部分數(shù)學模型表示為四個自由度上力和力矩的形式。在建立舵鰭部分模型時考慮了螺旋槳對舵的影響，并對有效流速和有效沖角問題作了具體分析。其次，在數(shù)學模型基礎上搭建Simulink仿真模型，研究敏感性分析策略，然后結(jié)合回轉(zhuǎn)運動選取了適當?shù)拿舾行苑治龇椒ê土鞒?，通過Simulink回轉(zhuǎn)運動仿真，完成了舵和鰭對回轉(zhuǎn)性能的單參數(shù)敏

4、感性分析，得到舵參數(shù)和鰭參數(shù)對回轉(zhuǎn)半徑和橫搖影響大小和方向各不相同，總結(jié)了其影響規(guī)律和差異性。然后，借助Isight優(yōu)化平臺，基于多目標優(yōu)化的遺傳算法，分別完成舵鰭不同參數(shù)組合的優(yōu)化和對所有舵鰭參數(shù)的同步優(yōu)化，總結(jié)了舵鰭不同參數(shù)組合優(yōu)化的規(guī)律。通過參數(shù)優(yōu)化前后仿真對比，證明了選取的優(yōu)化平臺和優(yōu)化策略是可行的。最后，在仿真模型和優(yōu)化的參數(shù)基礎上，設計能在船舶回轉(zhuǎn)運動過程中對鰭控制的PID控制器和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制器，并分別進行不同舵鰭參數(shù)和