船舶舵阻搖系統(tǒng)的研究.pdf

1、船舶阻搖是船舶與海洋工程的重要課題之一。船舶運(yùn)動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，由于受到海浪、海風(fēng)及其他干擾的影響，產(chǎn)生六自由度運(yùn)動(dòng)。在惡劣的海況條件下，對艦船的海上作業(yè)造成很大的安全隱患。本文介紹了舵阻搖的基本原理，基于切片理論建立了橫蕩、橫搖與艏搖相互耦合的船舶橫向運(yùn)動(dòng)方程以及垂蕩與縱搖耦合的兩自由度船舶縱向運(yùn)動(dòng)方程。建立了海浪擾動(dòng)成型濾波器，對海浪擾動(dòng)力及擾動(dòng)力矩進(jìn)行了建模。將海浪擾動(dòng)成型濾波器作為船舶運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的一部分，建立了船舶增廣運(yùn)動(dòng)方

2、程。通過對舵阻搖的研究，許多研究者發(fā)現(xiàn)，船舶模型參數(shù)的不確定性成為影響舵阻搖技術(shù)的關(guān)鍵所在。 本文首先采用PID控制方法進(jìn)行控制，在MATLAB軟件中運(yùn)用simulink工具箱對其進(jìn)行仿真，得到的仿真曲線結(jié)果表明在某些條件下最大能達(dá)到53％的減搖效果，同時(shí)能較好的控制航向，甚至改善航向控制，艏搖角比未減搖前有時(shí)甚至更小。由于海浪擾動(dòng)力及力矩?zé)o法測量，而我們卻比較容易測得船舶的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，我們可以通過卡爾曼濾波和擴(kuò)展卡爾曼濾波等方法

3、對海浪擾動(dòng)力與力矩進(jìn)行估計(jì)。采用π型舵作為減搖裝置，采用最優(yōu)控制的方法控制。出于擾動(dòng)輸入模型不同，中間過程中被反饋的狀態(tài)估計(jì)結(jié)果就不同，從而分為次優(yōu)控制與最優(yōu)控制。仿真比較后發(fā)現(xiàn)，最優(yōu)控制效果優(yōu)于次優(yōu)控制效果。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)中不僅包含有系統(tǒng)狀態(tài)，還包含了隨機(jī)海浪擾動(dòng)的信息，此時(shí)的擴(kuò)展隨機(jī)最優(yōu)控制量包含了系統(tǒng)狀態(tài)的負(fù)反饋以及隨機(jī)海浪擾動(dòng)的補(bǔ)償。 通過理論分析和仿真結(jié)果得出，對于舵阻搖系統(tǒng)，擴(kuò)展隨機(jī)最優(yōu)控制優(yōu)于經(jīng)典隨機(jī)最優(yōu)控