基于H∞回路成形的高速船舶縱向運動控制.pdf

1、隨著科技發(fā)展和海軍裝備現(xiàn)代化的需要，船舶的快速性得到提升，同時出現(xiàn)了很多新型船舶，如雙體船、水翼艇、表面效應船等。但是隨著航速的增加，作用在船體上的MUNK力矩會以速度的平方迅速增加，容易發(fā)生縱向失穩(wěn)和暈船率增加。目前，解決這一問題的方式是在高速船船艏和船尾分別安裝T型水翼和艉壓浪板，并且選取合適的控制算法對船舶控制系統(tǒng)進行設計，實現(xiàn)對高速船的姿態(tài)控制，降低暈船率。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)論文首先介紹了高速船及其減搖裝

2、置的發(fā)展狀況，著重對T型水翼和艉壓浪板的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行研究，最后確定將T型水翼和艉壓浪板作為執(zhí)行機構。
　　(2)為了分析高速船的縱向搖蕩運動情況，必須先建立高速船的縱向運動數(shù)學模型，結合海浪仿真理論對高速船在長峰波隨機海浪中的運動情況進行仿真;考慮到船上乘客的舒適性，分析影響暈船發(fā)生的誘因，建立暈船率模型;研究靜態(tài)T型水翼和艉壓浪板固定攻角下的減搖效果。
　　(3)高速船在海洋運動中不但會受到波浪擾動等不確定性因素的影

3、響，而且其控制系統(tǒng)的許多參數(shù)都存在較大的不確定性，同時動態(tài)性能也是決定高速船運動性能的一個重要方面，因此在對控制系統(tǒng)進行綜合時，充分考慮系統(tǒng)的魯棒性和動態(tài)性能是十分重要的。但是經(jīng)典控制方法在對這類具有一定動態(tài)性能要求的參數(shù)不確定性問題進行綜合時，不但設計過程復雜，而且容易出現(xiàn)無解的情況。為此，本文基于QFT對其縱向運動進行控制研究，建立不確定性模型，求取性能指標，進行回路整定得出控制器。
　　(4)同樣出于對高速船縱向運動模型的不

4、確定性考慮，本章選用H∞回路成形方法設計控制器。結合線性矩陣不等式理論，選取權函數(shù)，通過H∞回路成形理論輸出反饋增益值，得到控制器。考慮到控制器階次太高會造成干擾，還需要對控制器進行降階。
　　(5)最后，在MATLAB中搭建仿真模型。分別對以下幾種情況的姿態(tài)變化進行仿真:QFT控制器作用在雙執(zhí)行機構控制下的高速船縱向運動、QFT控制器作用在T型水翼單獨控制下的高速船縱向運動、H∞控制器作用在雙執(zhí)行機構控制下的高速船縱向運動和H∞