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船舶横向运动基于周期图建模的补偿控制研究

唐慧妍  
【摘要】:船舶横向运动姿态极短期预报及控制对提高船舶武器装备系统精度以及对舰船有效的航行与控制是十分重要的。由于受到海浪、海风及其他干扰的影响,船舶产生了六自由度的复杂运动,具有很强的随机性和非线性。这就导致船舶运动姿态进行预报及控制具有一定困难,无论在理论上还是实际工程应用上都还需要进一步的探讨。 本文在对船舶运动姿态极短期预报及控制的历史背景和国内外研究的现状进行分析比较的前提下,首先建立了船舶横向运动方程,详细讨论了它在波浪中橫向受力情况,给出了力与力矩的公式。在此基础上,用卡尔曼滤波方法对其横向所受力矩进行了最优估计,并进行了横向姿态的随机LQG控制规律的研究。然后,用周期图预报及控制的方法对此问题进行了详细研究,并用实测数据进行预报计算。周期图预报的方法在国内外尚属比较少见但正逐步受到重视的一种新型预报控制方法,它与经典的LQG控制相比,更适合大范围非线性系统的预报控制,而经典的LQG比较适合小范围线性化的系统。 本文通过理论研究和大量仿真计算结果表明,利用这两种方法进行船舶横向运动姿态预报及控制均是可行的:周期图预报及控制的方法在船舶大范围运动的预报控制中,控制效果比经典的LQG控制效果更好。


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