基于混沌分析的船舶參數(shù)激勵橫搖運動及其魯棒控制.pdf

1、船舶作為一種重要的交通工具，在實施設計中雖然考慮了國際公約和國內(nèi)法規(guī)有關穩(wěn)性標準的規(guī)定，但波浪造成船舶失穩(wěn)從而引發(fā)船舶傾覆的現(xiàn)象時有發(fā)生。目前船舶靜態(tài)穩(wěn)性納入了穩(wěn)性標準而動態(tài)穩(wěn)性卻未予以考慮，也就是說對于船舶在波浪中的穩(wěn)性損失、運動瞬時狀態(tài)及船舶與波浪遭遇狀況缺少相關的考慮和研究。因此研究船舶在波浪激勵下的復雜運動特性及魯棒控制工程意義極為顯著。
　　船舶參數(shù)激勵橫搖可能導致船舶的大幅度橫搖運動，威脅船舶、貨物和海上人命安全。為了

2、減小參數(shù)激勵帶來的不利因素，通過李亞普諾夫指數(shù)和功率譜對船舶在規(guī)則縱浪中運動的穩(wěn)定性進行分析。從而分析船舶參數(shù)激勵橫搖運動的產(chǎn)生機理，不僅分析了船舶參數(shù)激勵橫搖產(chǎn)生混沌現(xiàn)象的條件，而且確定出船舶參數(shù)激勵橫搖運動的安全與危險區(qū)域。然后基于Backstepping算法、閉環(huán)增益成形算法及Lyapunov穩(wěn)定性設計出減搖鰭控制器，并且在考慮一定的干擾后進行了仿真試驗。仿真結果表明該控制策略對于消除船舶參數(shù)激勵橫搖系統(tǒng)的混沌現(xiàn)象是十分有效的，并

3、且魯棒性能令人滿意。
　　船舶參—強激勵橫搖比純參數(shù)橫搖可能導致船舶更大幅度的橫搖運動，在主參數(shù)共振區(qū)內(nèi)，較小的參數(shù)激勵和強迫激勵仍可能引起船舶大幅橫搖，甚至傾覆，威脅船舶、貨物和海上人命安全。為了減小參—強激勵帶來的不利因素，通過李亞普諾夫指數(shù)和功率譜對船舶在規(guī)則縱浪中運動的穩(wěn)定性進行分析，找到參—強激勵橫搖運動的穩(wěn)定和危險區(qū)域，以及對于船舶初始運動參數(shù)的變化關系。然后基于Backstepping算法、閉環(huán)增益成形算法及Lyap

4、unov穩(wěn)定性設計出非線性魯棒控制器，并且在考慮一定的干擾后進行了仿真試驗。仿真結果表明該控制策略對于消除船舶參—強橫搖系統(tǒng)的混沌現(xiàn)象是十分有效的，并且魯棒性能令人滿意。
　　在船舶初穩(wěn)性高的時變性的影響下，隨機縱浪也會對船舶的橫搖穩(wěn)定性造成較大的影響，特別在特征波長接近船長，且參數(shù)激勵頻率與船舶橫搖固有頻率之比為2時，船舶會發(fā)生大幅橫搖不穩(wěn)定運動，即為隨機波條件下的參數(shù)激勵橫搖或參—強激勵橫搖。通過求解船舶在隨機縱浪中主參數(shù)共振