原文传递
基于积分模型预测控制的船舶舵减摇控制方法
| 论文题名： | 基于积分模型预测控制的船舶舵减摇控制方法 |
| 关键词： | 船舶航行;舵减摇控制;积分模型预测控制;投影神经网络;并行计算 |
| 摘要： | 船舶在海上航行时，会受到外界波浪的干扰，从而产生横摇运动，影响船舶航行安全。在常见的减横摇方法中，舵减摇以其节省空间，性价比高等优点得到了广泛的应用。本文主要在考虑舵机饱和的情况下，基于一种新型的模型预测控制方法——积分模型预测控制(IntegralModelPredictiveControl,IMPC)方法设计了船舶的舵减摇控制器，并进行了仿真研究，具体的研究内容如下： 首先，船舶受外界干扰影响，航向控制目标可能会出现稳态误差。本文在模型预测控制方法中引入了积分作用，利用积分作用来处理稳态误差。在考虑舵机饱和的情况下，基于积分模型预测控制方法设计了船舶航向控制器。同时选取线性二次型高斯(LinearQuadraticGaussian,LQG)和比例积分微分(ProportionalIntegralDerivative,PID)控制方法设计了两种不同的航向控制器，在同一仿真环境下将其与基于积分模型预测控制方法的航向控制器的控制效果进行了对比、分析，验证了所设计航向控制器的有效性。 其次，舵减摇要求使用舵同时对航向和横摇进行控制，其航向控制目标和减横摇控制目标是相互影响的。本文利用积分模型预测控制方法，在考虑航向控制效果、减横摇控制效果与舵角输入饱和的情况下构建代价函数并进行求解，从而实现在进行船舶航向控制的同时达到减横摇的目标，并采用高精度船舶模型进行仿真，验证了方法的有效性。 最后，在积分模型预测控制方法中，因为其滚动优化反复求解的过程，导致了计算负担过重的问题。因此，本文利用投影神经网络的并行计算结构来处理积分模型预测控制方法中滚动优化过程引起的计算量大的问题，从而提高所设计的舵减摇控制器的计算效率和实用性。 通过理论分析与仿真结果表明，本文所提出的基于积分模型预测控制的船舶舵减摇方法，能够实现在控制航向的同时减少横摇的目标，能够解决传统模型预测控制方法中计算速度慢的问题，提高了船舶航行时的安全性，扩展了模型预测控制方法在舵减摇领域的应用。 |
| 作者： | 王代毅 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 刘程 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
