船舶減搖無模型自適應控制技術研究.pdf

1、海上航行船舶受到海洋風浪流干擾后，將產生六個自由度運動，其中橫搖運動對船舶的影響最大。劇烈的橫搖運動不僅使船員無法正常工作，嚴重的有可能導致設備儀器失靈，甚至有可能導致船舶海難事故的發(fā)生，造成環(huán)境污染和財產生命等重大損失。如何有效地避免這種現(xiàn)象的發(fā)生是目前船舶運動控制領域的熱門課題。為保證船舶安全航行，首先要研究海洋環(huán)境的特性，以便研究海洋環(huán)境對船舶的擾動作用，分析航行于海上的船舶一般運動規(guī)律。其次要研究船舶橫搖運動的動力學特性，分析引

2、起橫搖運動難于控制的原因。此外要研究選用什么樣的裝置來控制橫搖運動、典型的控制系統(tǒng)各組成部分的作用，以及常用的控制器的形式。最后要引入新的控制算法以提高控制系統(tǒng)的控制效果，從而達到控制橫搖，并安全航行的目的。本文以船舶的橫搖運動為研究對象，在分析其動力學特性后，重點研究了橫搖運動減搖控制的新策略。主要內容包括：
　?、呕诟倪M的希爾伯特-黃變換方法對船舶大幅橫搖運動的非線性響應特性的分析研究。深入研究了希爾伯特-黃變換方法的實現(xiàn)過

3、程，并結合船舶橫搖運動時序呈現(xiàn)出非線性、隨機性和非平穩(wěn)性等特征的特點，提出了改進的希爾伯特-黃變換分析方法。改進的算法以滑動窗口技術和三次B樣條理論為基礎，提高了分解速度，使得實時經(jīng)驗模態(tài)分解名副其實。改進算法在船舶橫搖運動的響應特性分析中的應用，不僅擴展了該方法的應用領域，同時，更深入地分析了船舶橫搖運動的頻率構成因素，分析了橫搖運動難于控制的原因所在，為基于無模型控制理論在船舶橫搖運動控制中的應用奠定基礎。
　　⑵基于多新息理

4、論、跟蹤微分器技術和混沌遺傳優(yōu)化算法的改進標準無模型自適應控制理論研究。深入分析了模型控制策略和經(jīng)典控制策略（PID控制）在船舶減搖控制系統(tǒng)中存在的問題，提出了無模型自適應控制策略引入的必要性和可行性。針對船舶減搖控制系統(tǒng)的特點，提出了三點改進:第一，通過理論推導及仿真驗證了基于多新息理論用于改進無模型自適應控制方法的可行性，因改進無模型自適應控制方法中控制律形式的改變，在保證良好的跟蹤性能的前提下，提高了控制算法的收斂速度。第二，通過

5、仿真驗證了將跟蹤微分器技術用于改進無模型自適應控制方法的可行性，因跟蹤微分器技術的引入，增強了控制算法的抗干擾能力。第三，將智能優(yōu)化算法-混沌遺傳算法融合在改進的無模型控制方法中，提高了算法的自適應能力。
　　⑶將改進的無模型自適應控制算法作為新的控制策略，應用于船舶減搖控制系統(tǒng)中。以單一減搖鰭減搖系統(tǒng)及減搖鰭-減搖水艙聯(lián)合減搖系統(tǒng)為被控系統(tǒng)，通過與傳統(tǒng)PID控制、標準無模型自適應控制策略的控制效果對比，驗證了本文所提出的改進方法