船舶減搖無(wú)模型自適應(yīng)控制技術(shù)研究.pdf

1、海上航行船舶受到海洋風(fēng)浪流干擾后，將產(chǎn)生六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，其中橫搖運(yùn)動(dòng)對(duì)船舶的影響最大。劇烈的橫搖運(yùn)動(dòng)不僅使船員無(wú)法正常工作，嚴(yán)重的有可能導(dǎo)致設(shè)備儀器失靈，甚至有可能導(dǎo)致船舶海難事故的發(fā)生，造成環(huán)境污染和財(cái)產(chǎn)生命等重大損失。如何有效地避免這種現(xiàn)象的發(fā)生是目前船舶運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的熱門課題。為保證船舶安全航行，首先要研究海洋環(huán)境的特性，以便研究海洋環(huán)境對(duì)船舶的擾動(dòng)作用，分析航行于海上的船舶一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律。其次要研究船舶橫搖運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性，分析引

2、起橫搖運(yùn)動(dòng)難于控制的原因。此外要研究選用什么樣的裝置來(lái)控制橫搖運(yùn)動(dòng)、典型的控制系統(tǒng)各組成部分的作用，以及常用的控制器的形式。最后要引入新的控制算法以提高控制系統(tǒng)的控制效果，從而達(dá)到控制橫搖，并安全航行的目的。本文以船舶的橫搖運(yùn)動(dòng)為研究對(duì)象，在分析其動(dòng)力學(xué)特性后，重點(diǎn)研究了橫搖運(yùn)動(dòng)減搖控制的新策略。主要內(nèi)容包括：
　?、呕诟倪M(jìn)的希爾伯特-黃變換方法對(duì)船舶大幅橫搖運(yùn)動(dòng)的非線性響應(yīng)特性的分析研究。深入研究了希爾伯特-黃變換方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)

3、程，并結(jié)合船舶橫搖運(yùn)動(dòng)時(shí)序呈現(xiàn)出非線性、隨機(jī)性和非平穩(wěn)性等特征的特點(diǎn)，提出了改進(jìn)的希爾伯特-黃變換分析方法。改進(jìn)的算法以滑動(dòng)窗口技術(shù)和三次B樣條理論為基礎(chǔ)，提高了分解速度，使得實(shí)時(shí)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解名副其實(shí)。改進(jìn)算法在船舶橫搖運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)特性分析中的應(yīng)用，不僅擴(kuò)展了該方法的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)，更深入地分析了船舶橫搖運(yùn)動(dòng)的頻率構(gòu)成因素，分析了橫搖運(yùn)動(dòng)難于控制的原因所在，為基于無(wú)模型控制理論在船舶橫搖運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
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4、論、跟蹤微分器技術(shù)和混沌遺傳優(yōu)化算法的改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)模型自適應(yīng)控制理論研究。深入分析了模型控制策略和經(jīng)典控制策略（PID控制）在船舶減搖控制系統(tǒng)中存在的問題，提出了無(wú)模型自適應(yīng)控制策略引入的必要性和可行性。針對(duì)船舶減搖控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了三點(diǎn)改進(jìn):第一，通過(guò)理論推導(dǎo)及仿真驗(yàn)證了基于多新息理論用于改進(jìn)無(wú)模型自適應(yīng)控制方法的可行性，因改進(jìn)無(wú)模型自適應(yīng)控制方法中控制律形式的改變，在保證良好的跟蹤性能的前提下，提高了控制算法的收斂速度。第二，通過(guò)

5、仿真驗(yàn)證了將跟蹤微分器技術(shù)用于改進(jìn)無(wú)模型自適應(yīng)控制方法的可行性，因跟蹤微分器技術(shù)的引入，增強(qiáng)了控制算法的抗干擾能力。第三，將智能優(yōu)化算法-混沌遺傳算法融合在改進(jìn)的無(wú)模型控制方法中，提高了算法的自適應(yīng)能力。
　?、菍⒏倪M(jìn)的無(wú)模型自適應(yīng)控制算法作為新的控制策略，應(yīng)用于船舶減搖控制系統(tǒng)中。以單一減搖鰭減搖系統(tǒng)及減搖鰭-減搖水艙聯(lián)合減搖系統(tǒng)為被控系統(tǒng)，通過(guò)與傳統(tǒng)PID控制、標(biāo)準(zhǔn)無(wú)模型自適應(yīng)控制策略的控制效果對(duì)比，驗(yàn)證了本文所提出的改進(jìn)方法