舵減橫搖預(yù)測(cè)控制及優(yōu)化方法研究.pdf

1、由于船舶航行時(shí)橫搖阻尼很小，在風(fēng)浪中會(huì)產(chǎn)生劇烈的橫搖運(yùn)動(dòng)，所以在現(xiàn)代船舶運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中如何更好的減小船舶橫搖是一個(gè)非常重要的研究課題。舵減橫搖作為一種主動(dòng)式減搖裝置，由于其實(shí)現(xiàn)成本低、占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外已在該技術(shù)上投入了較多的精力進(jìn)行研究，并已有成功應(yīng)用于實(shí)船的實(shí)例。舵減橫搖在船舶上得到應(yīng)用后，能很好控制橫搖減搖問(wèn)題，不但改善了船舶的適航性和安全性、而且保證了船舶設(shè)備的正常工作。
　　本文根據(jù)船舶在復(fù)雜海況下的運(yùn)動(dòng)特性，及其

2、本身所受力情況，建立非線性船舶模型，同時(shí)詳細(xì)闡述了海浪的擾動(dòng)力矩和海浪擾動(dòng)力的求法，舵機(jī)特性的計(jì)算模型。
　　本文針對(duì)舵減橫搖控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，相繼提出了二種控制方法，并將控制方法應(yīng)用到非線性船舶中，都取得了良好的效果。
　　首先，在滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，針對(duì)選取的極點(diǎn)是根據(jù)單項(xiàng)指標(biāo)和經(jīng)驗(yàn)得到的，從而設(shè)計(jì)出的滑模面不是最合理的，因此在基于極點(diǎn)配置原則上，提出基于積分性能指標(biāo)，利用單純型算法優(yōu)化設(shè)計(jì)滑模面函數(shù)，使得優(yōu)化設(shè)計(jì)后

3、的切換函數(shù)更合理，滑模面更加理想。并將它應(yīng)用到舵減橫搖系統(tǒng)仿真中，使得優(yōu)化后的減搖效果較沒(méi)優(yōu)化的有了較大的提高。
　　其次，針對(duì)反饋線性化控制中控制精度不足的問(wèn)題，提出了一種解析模型預(yù)測(cè)控制。使預(yù)測(cè)輸出的泰勒展開(kāi)階次等于相關(guān)度與控制階次之和，提高了計(jì)算精度，同時(shí)在保證閉環(huán)穩(wěn)定的前提下通過(guò)勞斯判據(jù)求出控制器參數(shù)。與反饋線性化相比較，反饋線性化的控制階次l為零，其輸出的泰勒展開(kāi)階次只能進(jìn)行到階，這就限制了控制精度，而解析模型預(yù)測(cè)控制階