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舵鳍联合减摇广义预测控制方法研究
| 论文题名： | 舵鳍联合减摇广义预测控制方法研究 |
| 关键词： | 船舶横摇;舵鳍系统;减摇系统;广义预测控制 |
| 摘要： | 船舶在海上航行时，受到海洋环境扰动作用必然会产生摇摆运动，其中横摇运动影响最为明显。剧烈的横摇会影响船舶的安全性、操纵性以及船员的舒适性。与此同时，船舶大幅度摇摆会造成航速下降进而导致能量损耗，影响航行经济性，所以在进行船舶减摇控制时研究减小航速损失很有必要。 本文针对舵鳍联合减摇系统进行研究，分别设计舵鳍联合广义预测控制系统、输入受限的舵鳍联合隐式广义预测控制系统以及可以降低航速损失的舵鳍联合约束隐式广义预测控制系统。 首先，针对船舶运动系统具有的非线性、多变量等本质特点，根据动量（矩）定理建立一个包含风浪干扰的横摇、艏摇、横荡和纵荡四自由度船舶运动非线性数学模型；然后根据舵鳍联合控制的特点将较为全面的船舶运动数学模型简化并结合相关文献得到舵鳍联合减摇系统线性化模型，在此基础上设计控制器： （1）针对舵鳍联合减摇系统具有的多变量、强耦合等特性，基于广义预测控（GeneralizedPredictiveControl,GPC）处理多变量系统时呈现的优良性能，设计了舵鳍联合减摇GPC控制器。 （2）针对GPC计算工作量大、占线时间长的缺点，引入直接辨识控制律参数的方法改进，同时考虑到实际应用中执行机构存在的饱和限制，设计了输入受限的舵鳍联合减摇隐式GPC控制器。 （3）针对舵鳍联合减摇控制时的航速下降问题，通过将航速变化引入目标函数重新计算最优控制律的方式，设计了可以降低航速损失的舵鳍联合约束隐式GPC控制器。 最后，针对上述舵鳍联合控制系统，在不同海况下进行仿真验证，仿真结果表明了控制器的有效性。在基本GPC的控制下，舵鳍联合减摇系统不仅具有良好的减摇效果，而且达到较高的航向控制能力；在考虑舵角/鳍角约束的基础上采用隐式算法对GPC改进后，不仅提高了系统的快速性与实时性，而且提高了舵鳍联合系统的安全性与稳定性，满足实际工程应用中的需要；航速参与控制的舵鳍联合减摇系统可以在保证减摇效果和航向控制精度的同时，有效减小航速损失。 |
| 作者： | 岳红丽 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 李晖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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