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基于H∞回路成形的高速船舶纵向运动控制
| 论文题名： | 基于H∞回路成形的高速船舶纵向运动控制 |
| 关键词： | 高速船舶;纵向运动;姿态控制;H∞回路成形 |
| 摘要： | 随着科技发展和海军装备现代化的需要，船舶的快速性得到提升，同时出现了很多新型船舶，如双体船、水翼艇、表面效应船等。但是随着航速的增加，作用在船体上的MUNK力矩会以速度的平方迅速增加，容易发生纵向失稳和晕船率增加。目前，解决这一问题的方式是在高速船船艏和船尾分别安装T型水翼和艉压浪板，并且选取合适的控制算法对船舶控制系统进行设计，实现对高速船的姿态控制，降低晕船率。本文的主要研究内容如下: (1)论文首先介绍了高速船及其减摇装置的发展状况，着重对T型水翼和艉压浪板的国内外研究现状进行研究，最后确定将T型水翼和艉压浪板作为执行机构。 (2)为了分析高速船的纵向摇荡运动情况，必须先建立高速船的纵向运动数学模型，结合海浪仿真理论对高速船在长峰波随机海浪中的运动情况进行仿真;考虑到船上乘客的舒适性，分析影响晕船发生的诱因，建立晕船率模型;研究静态T型水翼和艉压浪板固定攻角下的减摇效果。 (3)高速船在海洋运动中不但会受到波浪扰动等不确定性因素的影响，而且其控制系统的许多参数都存在较大的不确定性，同时动态性能也是决定高速船运动性能的一个重要方面，因此在对控制系统进行综合时，充分考虑系统的鲁棒性和动态性能是十分重要的。但是经典控制方法在对这类具有一定动态性能要求的参数不确定性问题进行综合时，不但设计过程复杂，而且容易出现无解的情况。为此，本文基于QFT对其纵向运动进行控制研究，建立不确定性模型，求取性能指标，进行回路整定得出控制器。 (4)同样出于对高速船纵向运动模型的不确定性考虑，本章选用H∞回路成形方法设计控制器。结合线性矩阵不等式理论，选取权函数，通过H∞回路成形理论输出反馈增益值，得到控制器。考虑到控制器阶次太高会造成干扰，还需要对控制器进行降阶。 (5)最后，在MATLAB中搭建仿真模型。分别对以下几种情况的姿态变化进行仿真:QFT控制器作用在双执行机构控制下的高速船纵向运动、QFT控制器作用在T型水翼单独控制下的高速船纵向运动、H∞控制器作用在双执行机构控制下的高速船纵向运动和H∞控制器作用在T型水翼单独控制下的高速船纵向运动。根据上述仿真的数据得出晕船率，并进行比较分析，验证基于QFT和H∞回路成形理论设计的控制器的可行性。 |
| 作者： | 刘小雪 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 刘彦文;孟超 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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