舵鰭聯(lián)合系統(tǒng)的簡捷非線性魯棒控制.pdf

1、船舶減搖控制是船舶運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，其中舵鰭聯(lián)合控制系統(tǒng)是在減搖鰭和舵減搖基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型減搖裝置，它能在保證航向保持控制精度的情況下，克服減搖鰭和舵減搖的缺點(diǎn)并提高減搖效果，從而提高艦船的適航性、安全性以及成員的舒適性。 本文針對(duì)舵鰭聯(lián)合控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，為反映船舶運(yùn)動(dòng)的非線性本質(zhì)特性，建立舵鰭聯(lián)合系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型；為有效控制舵鰭聯(lián)合系統(tǒng)，基于閉環(huán)增益成形算法與精確反饋線性化方法提出簡捷非線性

2、魯棒控制算法，并采用該算法為非線性舵鰭聯(lián)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)了易于工程實(shí)現(xiàn)的簡捷非線性魯棒控制器。 為與算法研究同步，本文首先根據(jù)已有的線性數(shù)學(xué)模型，建立了兩種僅航向保持具有非線性的舵鰭聯(lián)合系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型；然后基于MMG建模思想，根據(jù)動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理建立一個(gè)包含風(fēng)、浪、流干擾的橫搖、艏搖、橫蕩和縱蕩4自由度的舵鰭聯(lián)合系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型，并詳細(xì)給出了模型涉及到的參數(shù)及流體動(dòng)力導(dǎo)數(shù)的計(jì)算公式。此外，還指出了Nomoto模型推導(dǎo)過程存在

3、的不足，并給出了應(yīng)用Nomoto模型時(shí)的一些注意事項(xiàng)及參數(shù)修正的建議。 閉環(huán)增益成形算法是H∞魯棒控制理論的工程應(yīng)用簡化，它利用具有工程意義的參數(shù)構(gòu)造出魯棒控制器，是一種信息對(duì)稱的簡捷控制算法。因閉環(huán)增益成形算法暫時(shí)不能獨(dú)立地針對(duì)MIMO非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)，所以本文將閉環(huán)增益成形算法與精確反饋線性化方法相結(jié)合，將之推廣到MIMO非線性系統(tǒng)。根據(jù)精確反饋線性化的特點(diǎn)，分別提出了r=n和r

4、，并給出了虛擬輸出函數(shù)的簡便求解方法，以使精確反饋線性化方法能更容易、更廣泛地應(yīng)用于MIMO非線性系統(tǒng)。 最后，本文針對(duì)“育鯤”輪研究了舵鰭聯(lián)合系統(tǒng)的簡捷非線性魯棒控制問題。首先，利用本文建立的舵鰭聯(lián)合系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型為“育鯤”輪進(jìn)行操縱性能預(yù)報(bào)；其次，根據(jù)簡捷非線性魯棒控制算法的特點(diǎn)，簡化“育鯤”輪的舵鰭聯(lián)合系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型；然后，采用簡捷非線性魯棒控制算法為簡化后的模型設(shè)計(jì)非線性魯棒控制器；最后在考慮風(fēng)浪干擾和舵機(jī)、鰭機(jī)

5、特性的情況下，利用簡捷非線性魯棒控制器對(duì)原有模型進(jìn)行控制，得到了比較理想的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。 利用本文建立的舵鰭聯(lián)合非線性數(shù)學(xué)模型，對(duì)“Hual Trooper”號(hào)汽車運(yùn)輸船和“Belnor”號(hào)散貨運(yùn)輸船進(jìn)行了一系列回轉(zhuǎn)試驗(yàn)及Z形試驗(yàn)仿真，仿真結(jié)果說明本文建立的舵鰭聯(lián)合非線性數(shù)學(xué)模型是正確的，且具有一定的工程可行性。利用本文設(shè)計(jì)的簡捷非線性魯棒控制器，對(duì)考慮風(fēng)浪干擾及舵機(jī)、鰭機(jī)特性的兩種舵鰭聯(lián)合系統(tǒng)進(jìn)行了一系列控制仿真試驗(yàn)，仿真結(jié)