基于H∞回路成形的高速船舶縱向運動控制.pdf

1、隨著科技發(fā)展和海軍裝備現(xiàn)代化的需要，船舶的快速性得到提升，同時出現(xiàn)了很多新型船舶，如雙體船、水翼艇、表面效應(yīng)船等。但是隨著航速的增加，作用在船體上的MUNK力矩會以速度的平方迅速增加，容易發(fā)生縱向失穩(wěn)和暈船率增加。目前，解決這一問題的方式是在高速船船艏和船尾分別安裝T型水翼和艉壓浪板，并且選取合適的控制算法對船舶控制系統(tǒng)進行設(shè)計，實現(xiàn)對高速船的姿態(tài)控制，降低暈船率。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)論文首先介紹了高速船及其減搖裝

2、置的發(fā)展狀況，著重對T型水翼和艉壓浪板的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行研究，最后確定將T型水翼和艉壓浪板作為執(zhí)行機構(gòu)。
　　(2)為了分析高速船的縱向搖蕩運動情況，必須先建立高速船的縱向運動數(shù)學(xué)模型，結(jié)合海浪仿真理論對高速船在長峰波隨機海浪中的運動情況進行仿真;考慮到船上乘客的舒適性，分析影響暈船發(fā)生的誘因，建立暈船率模型;研究靜態(tài)T型水翼和艉壓浪板固定攻角下的減搖效果。
　　(3)高速船在海洋運動中不但會受到波浪擾動等不確定性因素的影

3、響，而且其控制系統(tǒng)的許多參數(shù)都存在較大的不確定性，同時動態(tài)性能也是決定高速船運動性能的一個重要方面，因此在對控制系統(tǒng)進行綜合時，充分考慮系統(tǒng)的魯棒性和動態(tài)性能是十分重要的。但是經(jīng)典控制方法在對這類具有一定動態(tài)性能要求的參數(shù)不確定性問題進行綜合時，不但設(shè)計過程復(fù)雜，而且容易出現(xiàn)無解的情況。為此，本文基于QFT對其縱向運動進行控制研究，建立不確定性模型，求取性能指標，進行回路整定得出控制器。
　　(4)同樣出于對高速船縱向運動模型的不

4、確定性考慮，本章選用H∞回路成形方法設(shè)計控制器。結(jié)合線性矩陣不等式理論，選取權(quán)函數(shù)，通過H∞回路成形理論輸出反饋增益值，得到控制器?？紤]到控制器階次太高會造成干擾，還需要對控制器進行降階。
　　(5)最后，在MATLAB中搭建仿真模型。分別對以下幾種情況的姿態(tài)變化進行仿真:QFT控制器作用在雙執(zhí)行機構(gòu)控制下的高速船縱向運動、QFT控制器作用在T型水翼單獨控制下的高速船縱向運動、H∞控制器作用在雙執(zhí)行機構(gòu)控制下的高速船縱向運動和H∞