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高速三体船纵向运动抑制及附体尺寸布局设计研究
| 论文题名： | 高速三体船纵向运动抑制及附体尺寸布局设计研究 |
| 关键词： | 高速三体船;纵向运动抑制;H∞控制器;附体尺寸;布局设计 |
| 摘要： | 高速三体船有着优秀的快速性和横向耐波性，并且有着很好的承载能力，能在军事和民用领域进行广泛运用，但是在海况恶劣时会出现纵向运动过大的问题，造成乘员的不适和设备的损坏。本文的研究目的是通过控制T型翼和压浪板的攻角抑制高速三体船的垂荡和纵摇，在原本利用附体的阻尼性能被动抑制高速三体船的纵向运动的基础上进一步增强它们的控制效果。 首先，建立了高速三体船纵向运动数学模型，使用水动力软件计算出高速三体船模型的附加质量和附加阻尼系数等参数，建立了力到纵向运动的模型，利用不同遭遇频率下高速三体船的纵向运动与浪高的比值与相位拟合出海浪对高速三体船的扰动。基于海浪谱理论建立海浪模型，并考虑海浪扰动力的模型建立不同海况的扰动力模型。仿真得到附体的升力系数，根据升力和攻角关系建立数学模型。其次，对系统进行分析，系统的稳定性保证了船的纵向运动模型的合理性，系统的能控性和能观性保证了系统综合设计的可行性，分析了系统的动态性能。分析了船体纵摇和船体纵向运动速度对附体的影响，并仿真了考虑这些因素后船舶纵向运动的改变，明确了固定附体的纵向运动抑制原理。然后，设计了解耦PD控制器，实现了T型翼和压浪板的攻角与垂荡和纵摇的解耦，并使用PD控制器对解耦后的系统进行控制，考虑到船舶实际航行时的不确定性，设计了从鲁棒控制发展出的H∞控制，使用线性矩阵不等式的方法求出H∞控制器的具体控制参数，仿真比较可以看出在模型出现不确定性时H∞控制的效果更好。最后，比较附体的尺寸和布局变化时使用同一种设计方法设计出的H∞控制器的控制效果，选定较好的一组附体最大化控制系统的抑制纵向运动能力。 本研究最终设计出了可以大幅减少海浪引起的纵向运动的控制器，使高速三体船纵向运动系统的抗扰动能力得到提高，并对这种控制效果进行了仿真验证，为后续的理论研究奠定了基础。 |
| 作者： | 黄宇峰 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 朱齐丹 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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