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基于鲁棒最优控制的舵减摇控制系统研究
| 论文题名： | 基于鲁棒最优控制的舵减摇控制系统研究 |
| 关键词： | 船舶舵减摇装置;控制系统;海浪干扰;运动特性 |
| 摘要： | 船舶在海洋中航行，它必定会受到风、海浪、海流等的外部环境因素的影响，使船舶产生复杂运动，也必定会使船舶产生复杂的耦合的摇荡。摇荡会干扰船员的正常工作和生活，降低乘坐的舒适性，也影响船舶设备使用，甚至出现船舶倾覆。对于一般船舶来说，在航行过程中首先要解决的就是艏摇和横摇问题。舵减摇是一种有效的减摇装置，保持航向的同时减小横摇，由于造价低、改造方便等优点，舵减摇技术在国内外得到了广泛的发展。 本文主要研究舵减摇控制系统，主要内容如下: 首先，在复杂海况条件下，根据参考点的不同，建立不同坐标系，通过初等矩阵相互变换;在运动坐标系下研究船舶运动特点，分析船舶六自由度运动;再依据动力学原理，分析船舶的受力情况;根据船舶运动特点，把船舶受到的力和力矩分解大三个坐标轴方向上，建立船舶六自由度运动方程。本文主要研究船舶舵减摇系统，因此只需要考虑船舶的横摇、艏摇和横荡三自由度运动以及它们之间的耦合，建立船舶三自由度运动方程。把海浪当做外部环境干扰，建立船舶的海浪干扰数学模型。 其次，根据船舶海浪干扰数学模型，用Matlab/Simulink建立船舶运动仿真模型，对海浪干扰模型进行仿真，验证了的适用性。在控制算法的选择上，由于船舵有最大舵角和舵角速度的约束条件，期望尽可能减小船舶的横摇和艏摇，选择LQR最优控制算法来设计舵减摇控制器。LQR最优控制算法适用于线性系统，所以要对我们建立的数学模型进行线性化，对其进行仿真，与未加控制器的海浪干扰船舶横摇仿真结果相比，LQR控制器有较好的减摇效果。 最后，考虑船舶非线性运动的不确定性和环境扰动的多变性，在设计的LQR最优控制器基础，添加一个鲁棒补偿器来设计舵减摇鲁棒最优控制器，结合船舶海浪干扰模型在Matlab/Simulink中搭建仿真模型进行仿真，与LQR最优控制器的仿真结果对比，船舶在舵减摇鲁棒最优控制器调节下具有更好的减摇效果，而且具有较好的鲁棒性。 |
| 作者： | 田涛 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 梁利华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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