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主动式减摇水舱抑制参数横摇的控制方法研究
| 论文题名： | 主动式减摇水舱抑制参数横摇的控制方法研究 |
| 关键词： | 主动式减摇水舱;参数横摇;非线性PID控制;Lyapunov稳定性 |
| 摘要： | 参数横摇是阻尼较小的船在纵浪或接近纵浪的海域中，遭遇一定频率的海浪时，伴随着显著的纵摇、垂荡运动在短时间内产生很大横摇角的现象。参数横摇是船舶非线性运动的一种表现形式，影响船舶的运营效率，严重威胁着船舶及客货的海上安全。参数横摇的研究始于上世纪三十年代，近年来实海域中的船舶参数横摇问题已成为热点。 主动式减摇水舱与被动式减摇水舱不同，它在被动式减摇水舱的连通道上安装一个水泵或其他主动力方式，利用传感器得到的船舶摇摆信号控制阀门，使舱内的水向着减少横摇的方向移动，以产生所需的稳定力矩。主动式减摇水舱结构简单、易于控制，且减摇效果较好，可用来抑制船舶参数横摇。本论文将设计两种主动式减摇水舱控制器，并仿真比较被动式和主动式减摇水舱对船舶参数横摇的影响。 首先，本文对国内外减摇水舱和船舶参数横摇的研究成果进行梳理，分析主动式减摇水舱的工作原理和参数横摇的发生原因。建立研究中所需的数学模型：海浪数学模型、船舶参数横摇运动模型、船舶-减摇水舱系统的非线性数学模型，在建模时考虑纵摇和垂荡运动对参数横摇的耦合作用，给出系统相关参数的求解方法，并针对实际仿真和控制设计对模型进行简化。 其次，分析船舶处于静水、波峰和波谷中的稳性变化，并研究稳性变化对船舶参数横摇的影响。在规则海浪中，仿真分析不同航速、波高、横摇阻尼以及不同的横摇固有频率与遭遇频率比的情况下，其对船舶参数横摇的影响。并在不规则海浪中，对参数横摇进行仿真研究。 最后，仿真分析被动式减摇水舱对船舶参数横摇运动的抑制作用，并在被动式减摇水舱的基础上，分别基于非线性PID控制理论和Lyapunov稳定性理论设计了主动式减摇水舱控制器。利用MATLAB中信号约束模块（Signal Constraint block），对非线性系统PID控制器进行参数优化，仿真验证该控制方法的有效性。此外，对基于Lyapunov理论设计的控制器进行了数学证明和仿真验证。 |
| 作者： | 王娜 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 梁利华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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