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《大连海事大学》 2007年
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船舶运动与主推进线性变参数联合控制的研究

袁士春  
【摘要】: 本文对应用线性变参数(LPV)系统算法的船舶运动与柴油主机推进联合控制进行了系统的研究。 船舶操纵是一个极为复杂的控制问题。船舶航速、吃水的变化直接影响船舶的操纵性能,在研究船舶航向或直线航迹的控制时应予以足够重视。另外,船舶主机的转速影响船舶航速和操纵性能,而船舶运动状态也与主机转速和运行工况密切相关,所以船舶运动与主机控制存在强耦合关系。因此提出并进行船舶运动与主推进的联合控制技术研究具有重要理论和工程意义。 为了进行船舶运动的控制仿真,论文建立了MAN BW 10L90MC大功率船用柴油机的一阶惯性模型和包含风、浪、流外界干扰的5446TEU大型集装箱船MMG模型。以此为基础,对5446 TEU集装箱船在试航条件下进行回转仿真计算,仿真数据与实船试航数据基本吻合,验证了所建船舶运动模型和柴油机模型的有效性。 LPV控制方法是基于线性矩阵不等式(LMI)的时不变系统H_∞控制理论在LPV系统上的推广。论文讨论了基于线性分式变换(LFT)、LPV多胞等LPV控制方法,总结了基于LPV系统的极点配置、多模型切换等控制理论研究成果。LPV控制方法的主要特征是通过实时可测或可估计的参数改变系统增益实现对时变系统的控制,因此LPV控制方法能够改进系统的稳定性、动态性能和鲁棒性。LPV系统在导弹、机器人等非线性系统控制方面取得满意的应用成果。 在对船舶运动和柴油主机动态特性分析的基础上,本文LPV多胞的非线性系统控制方法引入到船舶运动和柴油主机控制中,深入研究深水中船舶航向、船舶直线航迹和浅水中船舶航向控制,并研究船舶运动与船舶柴油主机的联合控制。 为将LPV控制理论用于船舶运动与柴油主机的控制,本文建立了以船舶航速与吃水为变参数的船舶航向控制LPV模型、以主机转速与螺旋桨进速系数作变参数的主机转速LPV控制方程、以船速为变参数的欠驱动船舶直线航迹间接控制的制导环LPV控制方程、以船舶航速与船舶操纵指数为变参数的浅水域船舶航向控制LPV模型。 本文提出具有H_∞鲁棒性能连续变增益的LPV多胞输出反馈航向控制算法,实现了船舶航向变增益控制。根据切换LPV控制理论,提出了切换LPV的多胞输出反馈的船舶航向控制算法,将船舶速度划分为高速、低速两个区域分别设计控制律,根据船速选择控制器,保证航向在船速大范围变化时得到有效控制。在MMG船舶模型上的仿真结果验证了所设计的LPV控制器的有效性。 本文提出基于圆域极点配置的具有H_∞鲁棒性能的LPV多胞状态反馈控制器设计方法。综合考虑操舵和主机两方面的因素,将该设计方法应用于船舶航向与主机的联合控制。在此基础上,设计了船舶在大洋航行直线航迹间接控制的制导环控制器,实现船舶直线航迹与船舶主机联合控制。此外,考虑了浅水对船舶操纵的影响,设计了浅水域的LPV航向控制器,实现了浅水域的船舶航向与主机的联合控制。在非设计条件下和有风、浪、流干扰的海况下仿真验证了所设计控制器的有效性。 本文所提出的控制算法对实现船舶的综合节能优化控制,提高船舶系统的整体经济性,延长主动力装置工作寿命将具有重要意义。
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:U664.82

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张勇超;车辆电磁主动悬架鲁棒控制研究[D];上海交通大学;2012年
2 李志雄;大型船舶推进系统的动力学建模与状态监测方法研究[D];武汉理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 雷正玲;救助船动力定位智能控制及仿真的研究[D];大连海事大学;2011年
2 史战国;风帆助航船舶典型航线能效营运指数研究[D];大连海事大学;2011年
3 洪剑飞;舵角和航速影响下的船舶操纵运动建模与仿真[D];大连海事大学;2010年
4 李修强;船舶运动建模与特性仿真研究[D];武汉理工大学;2010年
5 王小兰;船舶运动控制及其虚拟现实仿真的研究[D];大连海事大学;2012年
6 刘玉博;船舶运动与主推进联合控制仿真系统的研究[D];大连海事大学;2013年
7 周炳俊;船舶调距桨推进系统的建模仿真及选型设计[D];大连海事大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周昭明;盛子寅;冯悟时;;多用途货船的操纵性预报计算[J];船舶工程;1983年06期
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3 朱建元,顾卓明,顾正熙;轮机模拟器柴油主机动态过程实时仿真[J];船舶工程;1998年03期
4 禇建新,郑士君,韩成敏,徐波;DGS8800e数字调速器功能原理剖析[J];船舶工程;1999年05期
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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3 王海燕;大型低速船用柴油机建模与系统仿真[D];大连海事大学;2007年
4 孙建波;船舶柴油主推进装置及其控制系统的建模与仿真研究[D];大连海事大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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2 倪一峰;感应电动机LPV直接转矩控制系统的研究[D];浙江工业大学;2006年
3 马东星;饱和系统的稳定性分析与抗饱和控制研究[D];浙江大学;2006年
4 张保勇;一类线性参数变化系统的变增益H_∞滤波[D];曲阜师范大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 杨玫;周其生;;Araki-Lieb-Thirring不等式在Hilbert空间中的推广[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2009年04期
3 黄翔;石贤汇;;Fisher信息阵在矩阵不等式证明中的应用[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2010年01期
4 戴林送;;测量单位对线性模型参数估计相对效率的影响[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2010年01期
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6 贾小平,邢俊文,于魁龙;高速两栖车滑行车体阻力分析与可实现形式[J];车辆与动力技术;2001年01期
7 王宇;金鸿章;綦志刚;李冬松;;船舶零航速减摇鳍升力仿真研究[J];兵工学报;2008年04期
8 金鸿章;王帆;;低舵速下具有能量优化的舵鳍联合减摇研究[J];兵工学报;2009年07期
9 徐国英;薛劲橹;;两栖车辆在波浪中航行时的摇荡分析及解决方法[J];兵工学报;2010年05期
10 童仲志;张媛;邢宗义;秦勇;贾利民;;某装备扫雷犁系统的遗传神经网络建模研究[J];兵工学报;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 党向东;张庆灵;;时变时延状态反馈网络控制系统的指数稳定性[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 ;On Adaptive Control Applied to Speed Regulation of Marine Diesel Engine[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 Hearn Grant E;;Ship Intelligent Autopilot in Narrow Water[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 刘胜;王宇超;傅荟璇;;船舶航向保持FC-LSSVM复合控制方法研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 宋莉;伍清河;;三自由度悬浮系统的全程滑模控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 李荣辉;李铁山;李强;;自抗扰控制在船舶航向及航迹控制中的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
7 吴剑国;李玉芬;;限制水域船舶气囊下水的动力学分析[A];纪念徐秉汉院士船舶与海洋结构力学学术会议论文集[C];2011年
8 黄利华;张安平;喻卫宁;刘志宏;;数值分析在舵机摆动舵角实时预测仿真中的应用[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
9 唐友刚;李红霞;;随浪和尾斜浪中船舶横甩的非线性动力学特性[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
10 朱祎飞;李明海;;基于GT-POWER的柴油机配气定时的优化设计[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张宏瀚;高性能U型减摇水舱系统设计与控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 戚增坤;突变控制机制及其在船舶非线性横摇运动中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王龙金;零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 王显峰;船舶运动鲁棒H_∞估计与预报研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
9 胡军强;气动—柴油混合动力发动机工作过程研究[D];浙江大学;2009年
10 王苏敬;大功率机车柴油机时间控制式燃油喷射控制系统研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋清华;Delta算子描述的不确定时滞系统鲁棒容错控制[D];郑州大学;2010年
2 田雨;柴油机电液调速技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王岩;智能建模和模糊广义预测控制研究及在船舶减纵摇控制中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 乔晓国;深水浮式结构动力定位能力动态分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 潘胤卓;舰炮自动化弹库交流伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 陈猛;基于DSP和模糊PID的稳定平台的设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 姜婵娟;遥控式水下机器人PID运动控制算法优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王思研;变形鳍在低航速下升力建模与控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 费日奎;船用吊艇架被动式波浪补偿技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 赵淑香;零航速下减摇鳍的运动规律与能量优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周昭明;盛子寅;冯悟时;;多用途货船的操纵性预报计算[J];船舶工程;1983年06期
2 鲍毅,许定生;船舶阻力的相关系数及其应用[J];船舶工程;1996年06期
3 朱建元,顾卓明,顾正熙;轮机模拟器柴油主机动态过程实时仿真[J];船舶工程;1998年03期
4 周瑞平,张升平,杨建国;三弯矩方程的改进及在船舶轴系动态校中中的应用[J];船舶工程;2003年01期
5 周瑞平,徐立华,张昇平,黄政;船舶推进轴系校中若干技术问题研究[J];船舶工程;2004年06期
6 王永生,庞之洋,王绍增;可调螺距螺旋桨零推力螺距敞水力矩特性研究[J];船舶工程;2005年05期
7 朱昀炤;汪顺亭;缪玲娟;葛远声;;船体变形测量技术综述[J];船舶工程;2007年06期
8 朱汉华;严新平;刘正林;范世东;;油膜力耦合下质量偏心对船舶轴系振动的影响[J];船舶工程;2008年02期
9 董恒建;张建军;;对轴系校中影响的船体变形研究[J];船舶工程;2009年S1期
10 杜佳璐;王琳;姜传林;;基于逆推方法的非线性船舶航迹跟踪控制[J];船舶工程;2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 徐勇;钟秋海;;非线性跟踪-微分器的工程应用[A];1994年中国控制会议论文集[C];1994年
2 祁建城;;磁悬浮技术在汽车工程中应用的分析与探讨[A];中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
3 郭晨;孙建波;史成军;杨国勋;徐黎黎;;船舶运动智能控制虚拟现实仿真系统[A];2003年全国系统仿真学术年会论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙颖楷;内燃机智能故障诊断系统的研究及应用[D];重庆大学;2001年
2 廖昌荣;汽车悬架系统磁流变阻尼器研究[D];重庆大学;2001年
3 翁建生;基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统半主动控制[D];南京航空航天大学;2002年
4 彭水生;轮机模拟器6S60MC柴油主机仿真系统与故障模拟[D];大连海事大学;2000年
5 夏国清;水面舰船动力定位系统智能控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2001年
6 陈永光;电流变减振器理论与实验研究[D];重庆大学;2002年
7 刘清;船舶操纵运动模糊神经网络控制系统研究[D];武汉理工大学;2002年
8 陈旭;电流变液体减振器及其阻尼介质特性研究[D];重庆大学;2003年
9 孟浩;船舶航行的智能自适应控制研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
10 孙鹏远;基于LMI优化的主动悬架多目标控制研究[D];吉林大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 易成珍;船舶双柴油机—调距桨推进系统的建模与仿真[D];大连海事大学;2011年
2 毛欢;双柴油机并车仿真研究与实验分析[D];上海交通大学;2011年
3 洪俊芳;船舶航向/航迹控制视景仿真技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 李晓通;CODAD联合动力装置控制规律的仿真与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2001年
5 左春宽;现代轮机管理技术与经济性研究[D];大连海事大学;2003年
6 王哲;港内拖轮协助操船工况下本船极限航速的研究[D];大连海事大学;2003年
7 张伟;船舶电力推进仿真研究[D];武汉理工大学;2003年
8 田超;风浪流作用下船舶操纵运动的仿真计算[D];武汉理工大学;2003年
9 孔祥军;船舶操纵运动模拟和智能技术的应用研究[D];武汉理工大学;2004年
10 徐黎黎;船舶运动智能控制及其虚拟仿真的研究[D];大连海事大学;2004年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 林治国;船舶电力推进系统的硬件在回路仿真[D];武汉理工大学;2011年
2 郑元洲;基于操纵推理与视频检测的船桥主动避碰系统研究[D];武汉理工大学;2012年
3 李志雄;大型船舶推进系统的动力学建模与状态监测方法研究[D];武汉理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李通;风翼助航系统对船舶柴油机动力扰动特性研究[D];大连海事大学;2011年
2 时丽丽;现代船舶动力定位系统的建模研究[D];广东工业大学;2011年
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4 周新亮;大型集装箱船舶航向智能控制器及仿真的研究[D];大连海事大学;2012年
5 陆灏铭;船舶运动仿真平台的研究与设计[D];广东工业大学;2012年
6 王丽娜;船舶动力定位系统控制器的设计与仿真[D];大连海事大学;2012年
7 程楠;半潜式钻井平台推力分配优化算法研究[D];大连海事大学;2012年
8 康天钦;基于降低船舶EEDI、EEOI值的总能系统分析[D];武汉理工大学;2012年
9 侯平仁;无人多功能海事船自主航行系统研究与设计[D];武汉理工大学;2012年
10 于海军;基于抗倾覆性与浮态自恢复性无人艇仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 陈明昭;远洋船舶轮机训练仿真器系统构造设计研究[J];船舶工程;1995年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 彭水生;轮机模拟器6S60MC柴油主机仿真系统与故障模拟[D];大连海事大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 吴志刚;无速度传感器滑模变结构直接转矩控制系统的研究[D];浙江工业大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 陈超核;;在时域中求解非线性船舶运动及波浪载荷的数值计算方法和程序[J];船海工程;1993年05期
6 金传荣,曾广武;用变系数微分方程进行船舶波浪弯矩的时域模拟[J];华中理工大学学报;1994年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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7 朱文谱;郜焕秋;谢楠;胡震;;船舶运动自适应TAR模型预报方法[A];1998年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1998年
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中国重要报纸全文数据库 前6条
1 记者 刘颖;自动舵市场:从中端产品突破[N];中国船舶报;2008年
2 幕泽春 杨莉;大连海大三项船配研究课题通过验收[N];中国船舶报;2008年
3 本报记者 王喜林 栗嘉整理;走特色办园之路[N];科技日报;2004年
4 通讯员 杨莉 姜云飞;不上船便可走遍万里海疆[N];中国水运报;2009年
5 杨莉 姜云飞;高品质航海模拟系统获大奖[N];中国船舶报;2009年
6 张韶军;离岸深水港码头泊稳条件研究 指导船舶安全装卸[N];中国交通报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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7 李红霞;纵浪和斜浪中船舶非线性运动特性研究[D];天津大学;2008年
8 杨盐生;不确定系统的鲁棒控制及其在船舶运动控制中的应用[D];大连海事大学;2000年
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10 胡忠辉;船舶航向运动非线性自适应及优化控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
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1 张仁彦;船舶运动半物理仿真系统[D];哈尔滨工程大学;2003年
2 王丽丽;低速域船舶运动仿真平台的设计[D];大连海事大学;2011年
3 秦桂晓;铰链式拖驳船的运动建模与仿真[D];大连海事大学;2011年
4 李毓江;船舶在波浪中大幅度运动和载荷时域预报[D];武汉理工大学;2004年
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6 刘川;响应型非线性船舶模型的鲁棒神经网络控制[D];大连海事大学;2004年
7 何金花;船舶运动建模及虚拟现实技术的实现[D];厦门大学;2007年
8 韩延明;分布式船舶运动仿真平台的研究[D];大连海事大学;2009年
9 陈伟;基于实测海洋环境数据库的集装箱船耐波性预报研究[D];上海交通大学;2008年
10 李仁玢;船舶运动测量系统的分析设计[D];大连海事大学;2011年
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