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基于π型舵船舶纵向多变量随机控制方法研究

陈虹丽  
【摘要】:船舶减摇是船舶与海洋工程的重要课题之一。从国内外的情况来看,减横摇的技术已经日趋成熟并逐步走向完善,而减纵摇的问题还没有得到很好的解决。如果能够找到有效的减纵摇方法,对于舰载飞机起降、船舶的适居性和航行性及安全性等都是十分有意义的。 本文采用π型舵作为减纵摇装置。首先,基于切片理论建立了船舶垂荡与纵摇耦合的两自由度船舶纵向运动方程,为船舶减纵摇研究提供了数学模型。其次,利用递推最小二乘法的改进算法对海浪扰动力和扰动力矩进行建模,为利用扩展随机最优控制奠定基础,并且对海浪扰动力和扰动力矩的估计方法进行研究和分析,具有工程实用意义。然后,分别利用经典随机最优控制和扩展随机最优控制对船舶舵减纵摇控制进行研究,其中包括利用经典Kalman滤波和扩展Kalman滤波对船舶纵向运动状态进行估计。最后,将广义预测控制(GPC)引入到船舶舵减纵摇的研究中,探讨了基于状态空间模型的船舶舵减纵摇的广义预测控制算法。本文所有研究工作,都是在Matlab6.1仿真平台上仿真验证的,并给出了仿真验证结果。 通过理论分析和大量的仿真结果证明,对于舵减纵摇,扩展随机最优控制优于经典随机最优控制,而扩展随机最优控制和广义预测控制都能取得较为满意的控制效果,并且广义预测控制方法计算简便、省时、实用、控制效果好,鲁棒性强。广义预测控制作为一种新型优化控制技术,对模型要求低,在线计算方便、控制综合效果好,将有着广阔的应用前景。 本论文的研究成果和结论对于船舶舵减纵摇的实施具有重要的指导意义。


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