基于混沌分析的船舶参数激励横摇运动及其减摇鳍控制研究

船舶参数激励横摇可能导致船舶的大幅度横摇运动,威胁船舶、货物和海上人命安全。为了减小参数激励带来的不利因素,通过李亚普诺夫指数和功率谱对船舶在规则纵浪中运动的稳定性进行分析。从而分析船舶参数激励横摇运动的产生机理,不仅分析了船舶参数激励横摇产生混沌现象的条件,而且确定出船舶参数激励横摇运动的安全与危险区域。然后基于Backstepping算法和闭环增益成形算法设计出减摇鳍控制器,并且在考虑一定的干扰后进行了仿真试验。仿真结果表明该控制策略对于消除船舶参数激励横摇系统的混沌现象是十分有效的,并且其鲁棒性能令人满意。

迎浪随机波中C11集装箱船参数激励横摇对应波群特性分析

针对迎浪随机波中集装箱船的参数激励横摇问题,本文主要研究船舶遭遇到的波浪条件与船舶参数激励横摇状态的相关性。基于C11集装箱船迎浪不规则波参数激励横摇实验,通过横摇幅值定义船舶发生显著参数激励横摇的时间段,然后通过波群方法分析船舶在横摇筛选段附近遭遇特征波群的特性。研究结果表明:船舶遭遇特征波群参数与船舶参数激励横摇的剧烈程度有较强的相关性,船舶遭遇特征波群数量和连长个数是船舶参数横摇剧烈程度的重要影响因素。

船舶参数激励横摇运动鲁棒控制

船舶横摇运动是船舶非线性运动中的一个重要研究课题。本文在非线性船舶运动模型的基础上,利用精确反馈线性化将船舶参数激励横摇运动模型转换为线性模型,然后根据一阶闭环增益成形设计非线性鲁棒控制器,最后利用有无干扰情况下的船舶横摇运动来说明本文所设计控制器的鲁棒性强。

基于Lyapunov稳定性的船舶参数激励横摇非线性简捷鲁棒控制

为减小参数激励带来的不利因素,需要非线性鲁棒控制器对系统稳定性进行控制.为简化船舶参数横摇非线性控制器设计过程,通过构建Lyapunov能量函数,将设计步骤由2步变为1步,减少了控制器参数的整定数量,避免了非线性控制律对消系统的非线性项.仿真结果表明,采用以上方法设计的非线性简化控制器对于消除船舶参数横摇系统的大幅横摇十分有效,并且具有一定的鲁棒性.

基于改进能量包线随机平均法求解窄带谱激励下船舶随机参激横摇响应

国际海事组织(IMO)制定了第二代完整稳性衡准,其中包括参数激励横摇。在第3层直接稳性评估中,研究横摇运动响应和稳性最直接的方法是数值模拟。但由于船舶倾覆是小概率事件,因此解析分析手段依然十分必要。能量包线随机平均法能够准确求解白噪声激励下的随机运动响应,但实际工程中真实的海浪为窄带谱。针对随机平均法求解的适用性研究表明,对于非白噪声激励,要满足系统的阻尼和激励强度足够小、激励带宽足够大的条件。基于以上背景,研究了窄带谱激励下能量包线随机平均法的改进方法。在原有的能量包线随机平均法基础上借鉴标准随机平均法引入相角,保留了原有的能量包线随机平均法可以考虑非线性恢复力的优点,同时放宽了原有方法所要求的理想白噪声激励限制,使其可以为窄带随机激励。求解Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK)方程得到的横摇角稳态概率分布与蒙特卡洛法对比良好。改进后的能量包线随机平均法能够准确计算真实海浪激励下船舶随机参数激励横摇响应,对船舶横摇稳性进行评估,为船舶安全航行提供指导。