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鳍-水舱综合减摇系统耦合分析及控制策略研究
| 论文题名： | 鳍-水舱综合减摇系统耦合分析及控制策略研究 |
| 关键词： | 减摇鳍;减摇水舱;船舶横摇;耦合分析;自适应控制 |
| 摘要： | 减摇鳍和被动式减摇水舱联合减摇是当今减摇效果最好且应用最广泛的减摇方式之一。这种减摇方式对两种减摇装置取长补短，使船舶不管是在低航速还是高航速下，都保持有较理想的减摇能力。由于海上的情况复杂多变以及两种减摇装置之间的互相影响，使得船舶减摇能力产生非线性关系，以至于在一定程度上左右综合减摇系统的减摇性能。因此分析两种减摇装置之间的耦合关系，并选用合理的控制策略，对船舶的减摇具有相当重要的意义。 通过阅读许多国内外关于船舶减摇领域的文献资料以及对比国内外船舶减摇研究的现状，搭建了减摇鳍和减摇水舱联合减摇的系统模型，并对其进行模态化以进行耦合分析。然后针对在恶劣情况下综合减摇系统表现出的非线性和强耦合性，选择了两种控制策略对其控制并进行仿真分析。 本论文主要完成了以下工作： 首先，从船舶横摇运动的模型出发，搭建了鳍-水舱综合减摇系统的数学模型，并对其进行理论分析。从机理上分析减摇鳍和被动式水舱的耦合关系；然后利用振动学理论的知识，将鳍-水舱综合减摇系统的数学模型转换成振动微分方程的形式，对其进行模态化分析，从另一个方面分析减摇鳍和水舱之间的耦合关系。 其次，探究果蝇优化算法的基本原理，分析果蝇优化算法进行寻优时的缺点，并在此基础上提出自适应步长的果蝇优化算法，实现算法搜索步长的自适应调整。将自适应步长果蝇优化算法应用到综合减摇控制系统PID神经网络解耦控制器连接权值优化中去，并用MATLAB进行仿真。仿真结果表明，该算法能快速收敛，并且收敛精度较高，以此算法为基础设计的PID神经网络解耦控制器弱化了系统的耦合，并具有令人满意的控制效果。 最后，针对综合减摇系统在实际情况中高度非线性、时变、强耦合的特点，把采用可在线实时调节控制参数的且不依赖精确模型的多新息无模型自适应控制算法引入到鳍-水舱综合减摇系统控制器设计中，并且对比传统PID控制，对仿真结果进行验证解析。仿真实验表明，该算法不仅有较好的自适应性，还具备较强的抗扰动的性能，用该算法设计的控制器控制效果较好。 |
| 作者： | 毕文鹏 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 于立君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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