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船舶横向运动状态估计及控制研究

王宪荣  
【摘要】:船舶利用航向舵减摇是近些年发展起来的一种新型的减摇技术。它的造价低,体积适宜,占空间小,使用维修方便,不仅可以在大中型的民船上应用,又便于对没有配备减摇控制装置的现役舰船进行加装改造受到船舶工业界关注。因此它有着极其广阔的应用前景。 本文应用卡尔曼滤波和随机多变量最优控制理论对已知的船舶模型首先进行状态估计,然后再应用随机最优控制来操纵航向舵以达到减摇的目的。由于随机海浪对船舶的扰动力和扰动力矩是平稳随机过程,它是一种有色噪声,而经典卡尔曼滤波要求系统的干扰是白噪声。因此,一方面可以将有色噪声的干扰力和干扰力矩作为白噪声直接应用卡尔曼滤波对船舶进行状态估计,然后,再利用随机最优控制理论控制航向舵,称该方法为次优随机控制。另一方面,可以通过海浪干扰成形滤波器,对海浪干扰进行有理建模,然后引入白噪声作为新系统的输入,进行系统扩展,再应用卡尔曼滤波进行状态估计,最后应用随机最优控制理论控制航向舵进行减摇,称该方法为最优随机控制。本文还采用了参数自整定模糊PID控制策略来实现船舶的航向舵减横摇控制,也得到了比较好的控制效果。 本文通过理论研究和大量的仿真结果表明,船舶利用航向舵减横摇是可行的,本文所采用的随机控制和模糊PID控制具有较好的控制效果。


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