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舰船减摇的多维泰勒网优化控制研究
| 论文题名： | 舰船减摇的多维泰勒网优化控制研究 |
| 关键词： | 舰船;减摇系统;多维泰勒网控制器;共轭梯度法 |
| 摘要： | 舰船在海上航行时，会受到风、流、浪等各种海洋环境干扰，因此船体产生无法避免的摇荡运动。其中，横摇运动的影响最显著。剧烈的横摇使船上工作人员无法正常工作，武器、设备使用性能降低，更严重地影响舰船的安全性。因此，有效地减小舰船摇荡运动是十分必要的，这样也可增加舰船的使用寿命。同时，本文考虑舰船艏摇运动与其横摇运动之间的耦合作用。舰船运动还具有非线性和不确定性，研究不确定非线性系统的控制问题具有重要的理论意义和现实需要。 本文以舰船为研究对象，提出了一种基于多维泰勒网优化控制的舰船减摇控制方法，并与传统PID控制和滑模变结构控制作比较，通过MATLAB仿真来总结各自的优缺点。本文的主要内容包括: 1.分析舰船的动力学模型，考虑横摇运动与艏摇运动之间的耦合作用，建立横荡、横摇、艏摇三自由度的舰船仿真模型，同时分析海浪干扰模型。为了与实际情况更相符，减摇鳍与舵机的结构中加入了限幅限速环节。 2.设计舰船减摇系统的PID控制器，并采用MATLAB/Simulink自带的优化工具优化PID控制器参数。由于滑模变结构控制对一般非线性系统可以起到较好的控制效果，本文设计了舰船减摇系统的非线性变结构控制器。 3.设计舰船减摇系统的多维泰勒网控制器，介绍了用极小值原理求取被控模型的最优控制信号的算法与用共轭梯度法优化多维泰勒网控制器参数的算法。由于时间原因，本文在PID控制基础上设计，采用全过程的共轭梯度法优化控制器参数。 4.设计系统的一个仿真平台，并使用MATLAB中的图形用户界面GUI设计系统的用户操作界面。在某种海浪干扰情况下，优化在三自由度的舰船模型中各控制器参数，比较三种控制方法的控制效果。然后，在其他海况下，进行海浪干扰下仿真实验。通过分析每种海况下仿真结果，表明在大部分选取的海浪干扰情况下多维泰勒网控制效果较好，但PID控制相对较差，滑模变结构控制对干扰存在稳定性问题。 5.对本研究所做的工作进行总结，并讨论了课题进一步研究的问题。 |
| 作者： | 杨杨 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 严洪森 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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