艦船航向-舵-翼舵智能協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、舵/翼舵協(xié)調(diào)控制是改善船舶操縱性能行之有效的方法，目前工程中使用的舵和翼舵之間依靠導(dǎo)桿或齒輪傳動，轉(zhuǎn)角比為確定關(guān)系，因此未能充分發(fā)揮舵/翼舵的效能。本文提出將舵和翼舵作為兩個相互獨立的面進(jìn)行控制設(shè)計的構(gòu)想，并設(shè)計了船舶航向-舵/翼舵智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。 首先，建立舵/翼舵水動力性能數(shù)學(xué)模型。對襟翼舵水動力系數(shù)圖譜進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑，并根據(jù)平滑后的曲線的特征確定回歸方程，采用最小二乘法對回歸方程的系數(shù)進(jìn)行擬合，得到襟翼舵水動力系數(shù)的計算模

2、型，最后對該計算模型進(jìn)行顯著性檢驗，以確定其是否可以用于工程計算。 其次，對船舶航向-舵/翼舵控制系統(tǒng)建模。基于動量定理、動量矩定理建立了船舶艏搖、橫搖、橫蕩三自由度的運動方程，分析了船體所受外力(及力矩)的情況，主要包括流體動力、舵控制力及海浪、海風(fēng)、海流的干擾力(及力矩)，分別給出上述諸力及其產(chǎn)生力矩的計算模型。重點研究了系統(tǒng)驅(qū)動能量建模，為船舶航向-舵/翼舵智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。 然后，設(shè)計船舶航向-舵

3、/翼舵智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。由于對應(yīng)舵/翼舵上的一個扶正力矩值，有多種不同的舵角/翼舵角組合與之對應(yīng)，本文研究給出舵角/翼舵角智能優(yōu)化分配規(guī)則。設(shè)計了船舶航向模糊控制器，該過程主要包括定義模糊控制器的輸入輸出變量、輸入輸出變量的模糊化、模糊控制規(guī)則設(shè)計、模糊推理以及反模糊化等。 最后，對所設(shè)計的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真檢驗。對多種海情、不同遭遇角下的航行過程進(jìn)行仿真，給出航向角、舵角、翼舵角的曲線以及統(tǒng)計值，并與普通舵和轉(zhuǎn)角比確定的襟翼舵在