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(lǐng)域長(zhǎng)期關(guān)注的研究問(wèn)題之一，而回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是體現(xiàn)船舶操縱性的重要運(yùn)動(dòng)形式。靜水條件下，船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生內(nèi)傾和外傾；擾動(dòng)條件下，則會(huì)產(chǎn)生橫搖，過(guò)大的橫傾或者橫搖會(huì)導(dǎo)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(gè)方面來(lái)減小回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì)。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(duì)船舶回轉(zhuǎn)性能的具體影響，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)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(shè)計(jì)方面，在船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，舵保持在固定角度，通過(guò)對(duì)減搖鰭的控制，實(shí)現(xiàn)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計(jì)，改善閉環(huán)系統(tǒng)回轉(zhuǎn)性能。
　　本研究首先建立船舶運(yùn)動(dòng)模型，由于研究船舶參數(shù)變化對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響，選取了物理意義明確且可以對(duì)各部分單獨(dú)分析的分離建模方法，基于牛頓運(yùn)動(dòng)定理的六自由度模型，簡(jiǎn)化得到仿真所需的四自由度運(yùn)動(dòng)方程，為了使數(shù)學(xué)模型更加精

3、準(zhǔn)，從進(jìn)行過(guò)水池試驗(yàn)且水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)已知的船型中選取研究船型，并在此基礎(chǔ)上加入環(huán)境擾動(dòng)模型、舵鰭控制模型和環(huán)境擾動(dòng)模型等，將各部分?jǐn)?shù)學(xué)模型表示為四個(gè)自由度上力和力矩的形式。在建立舵鰭部分模型時(shí)考慮了螺旋槳對(duì)舵的影響，并對(duì)有效流速和有效沖角問(wèn)題作了具體分析。其次，在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)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(yùn)動(dòng)選取了適當(dāng)?shù)拿舾行苑治龇椒ê土鞒?，通過(guò)Simulink回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)仿真，完成了舵和鰭對(duì)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(duì)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(tái)，基于多目標(biāo)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(duì)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(guò)參數(shù)優(yōu)化前后仿真對(duì)比，證明了選取的優(yōu)化平臺(tái)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(chǔ)上，設(shè)計(jì)能在船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)鰭控制的PID控制器和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，并分別進(jìn)行不同舵鰭參數(shù)和