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原文传递船舶舵减摇鲁棒控制研究

论文题名：	船舶舵减摇鲁棒控制研究
关键词：	船舶受力;减摇鳍;鲁棒控制;卡尔曼滤波器
摘要：	船舶在航行时，由于受到风，浪以及海流的干扰，会使之产生一定程度的横摇并且对船舶航向造成影响。船舶的横摇会对船舶安全稳定的运行造成很大的影响，不仅会影响到船舶上货物的安全，而且还会降低船员的工作效率,所以减小横摇对船舶的安全行驶非常重要。目前的一些减摇设备包括减摇水舱，减摇鳍以及舵减摇。减摇水舱由于它的自由液面会降低船舶定倾中心高度，从而造成横摇稳定性的减少。减摇鳍随着航速的降低，减摇的效率会逐渐下降。舵减摇作为新的减摇方式，利用舵在船舶航行时产生的横摇力矩，在控制航向的同时，还能够承担减摇任务。　　本文通过建立惯性坐标系以及附体坐标系对船舶受力进行分析，根据艏摇和横摇运动的特点，建立船舶运动线性与非线性模型。然后分析了船舶所受的海浪干扰，从海浪波能谱的角度，研究了波浪的构成，给出了仿真所需的海浪干扰模型。其次根据艏摇和横摇运动对舵的分频响应现象，采用了针对不确定性系统以及抑制系统外部扰动的H?控制理论分别设计了航向以及舵减摇控制系统，从而使控制系统在减摇的同时还能够对航向进行控制。对于航向控制的设计，本文采用了混合灵敏度的方法，所设计的控制器使得船舶实际的航向能够精确跟踪设定航向，较好地抑制了海浪的干扰。而针对舵减摇控制器的设计，本文考虑到舵减摇控制系统的特点，采用了基于 LMI的方法求解控制器。这样可以有效抑制舵对航向的控制频率所带来的干扰。对于加权函数的选择，本文根据系统控制频率和海浪干扰频率，提出了一种基于遗传算法的航向控制系统加权函数选择方法。最后，本文在建立起海浪干扰模型的基础上建立新的扩展系统，其中白噪声作为扩展系统干扰来处理。然后利用基于卡尔曼滤波的方法，对系统状态进行估计，从而进一步减小外部干扰对船舶横摇的影响。并且通过仿真研究，分析了船舶的艏摇以及横摇的控制效果。　　目前对于舵减摇的研究主要集中于对控制器的设计，减摇效果大多在50％~70%。总体上，大部分控制系统对外部海浪干扰抑制不够强，减摇率不够高,并且未考虑系统的不确定性。本文通过上述的方法所设计控制系统能够有效的降低外部干扰和系统不确定性带来的影响。在精确跟踪设定航向的同时，减摇率能够达到70%以上。
作者：	周柳明
专业：	控制理论与控制工程
导师：	王玉龙
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文