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原文传递深V型船运动姿态控制研究

论文题名：	深V型船运动姿态控制研究
关键词：	深V型船;舵鳍联合控制;运动姿态控制;线性变参数
摘要：	深V型船作为一种新兴的特殊船型继承了多种船型优良特性，具有快速性好，操纵性灵活，响应速度快等特性，所以深V型船被广泛应用于快速高效的海上运输领域，特别是军事领域。但是因为它的船形特殊，属于细长型，在实际航行中，由于海况复杂，在较高海况下高速航行时容易引起不稳定横摇，这些不良因素对船舶的正常航行以及船上人员和货物的安全造成非常大的隐患，所以仍然会采用安装减摇鳍的方法来改善船舶航行的操纵性，但是由于深 V型船的船形比较特殊，减摇鳍工作的同时，可能会增大艏摇力矩，使艏摇增大，带来不安全因素。本论文研究的主要内容就是分析了减摇鳍对于深 V型船运动姿态的影响，根据船舶的非线性运动数学模型，设计合理的舵鳍联合控制器来解决深V型船的操纵性问题，本论文的主要工作如下：　　首先，对国内外深 V型船综合姿态控制的研究成果进行整理分析，对比不同控制装置的操纵效果，针对船舶运动姿态建立船舶4自由度的非线性数学运动方程，同时给出各部分的水动力参数的求解方法，其中包含了舵机和鳍机的数学模型，并且充分地考虑了舵和鳍的饱和限位。建立包括了海风，海浪和海流的环境干扰模型。　　第三，以实际的深 V型船为研究对象，针对不同海况下，分析减摇鳍的安装位置对船舶直航运动时运动姿态的影响。然后，采用LQG舵鳍联合减摇控制策略进行控制器的设计，采用蒙特卡洛模拟法，对其线性部分的参数进行优化。最后将优化结果进行实际的姿态运动仿真，得到仿真结果。　　第四，针对船舶运动模型的非线性问题，找到一种线性变参数（LPV）来解决由于非线性模型线性化而带来的影响。通过这种方法，可以降低非线性模型线性化所带来的船舶运动数学模型不准确的问题，对深V型船运动模型，基于LPV，详细介绍了鲁棒变增益控制器的设计方法，和实现过程，为后面实现舵鳍联合控制器的设计提供理论依据。　　最后，根据之前所描述的控制策略设计完成的舵/鳍联合控制器，并进行深V型船运动姿态控制的仿真，包括不同海况（主要指海浪的有义波高和遭遇角）下的横摇和艏摇，加入舵/鳍联合控制器和单纯航向控制的对比，说明这种控制器在海浪环境不同的情况下都能够有很好的减摇效果和航向保持的能力，同时也达到了提高减摇鳍减摇效率，并能够得到提高航向控制精度的目的。
作者：	盛晓亮
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：	2015
正文语种：	中文