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减小横摇的航向控制器设计及算法研究
| 论文题名： | 减小横摇的航向控制器设计及算法研究 |
| 关键词： | 船舶航行;航向控制器;减摇控制;广义预测 |
| 摘要： | 船舶在航行过程中，由于水流风向的因素的影响，船体会不可避免的产生一定角度的横摇角，而横摇角度的产生会改变船舶运动，并对船舶的航向稳定性和安全性造成一定程度的影响，当在一些复杂的海况下采用不当的操舵时会使船舶产生较大幅度的横摇角度，甚至引起倾覆，使得船舶航行安全性降低。减小船舶行进时的横摇角度对船舶来说意义很大。船舶减摇可以通过特定的减摇装置达到减摇的目的。其中舵减摇控制系统因其占用空间小，成本低且可以实现航向和减摇的双层控制等优点被广泛应用。 本论主要内容是讨论减小横摇的航向控制器设计，采用PID控制器设计分别设计了航向控制器及减小横摇的航向控制器。采用广义预测设计了基于广义预测的减摇航向控制器。基于PID减摇航向控制器在设计上选择采用两个PID控制器，通过输出一个舵角来控制横摇与艏摇，以达到减小横摇和保持航向两个效果。此外，论文中尝试采用广义预测来设计减横摇航向控制器，利用推导出的船舶四自由度状态方程得出基于广义预测减小横摇的控制律，并提出基于舵角及舵速约束条件下的二次规划计算控制量来达到减小横摇的控制效果。将上述航向控制器和两种减摇航向控制器分别在设定的海况及航速环境下进行仿真，并在仿真中取得了符合预期的控制效果。并将以上一种航向控制器和两种减摇舵的控制效果进行对比，论文中仿真结果说明基于PID的航向控制器和PID减小摇横航向控制器皆有保持航向的效果，但在保持航向的效果上PID减摇航向控制器要优于普通的PID航向控制器；基于广义预测减小摇横航向控制器与PID减摇航向控制器均有保持航向和减摇的效果且广义预测式减摇舵的控制效果均比PID式减摇舵更理想。 |
| 作者： | 贾莹莹 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 袁赣南 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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