基于状态反馈H_∞算法的高速水翼双体船姿态控制

研究基于状态反馈H∞算法的高速水翼双体船在波浪中运动的姿态控制器的设计。首先对水翼双体船运动的非线性数学模型在平衡点线性化,建立水翼双体船的线性模型;然后应用状态反馈H∞算法设计水翼双体船的姿态控制器;最后利用Matlab的Simulnk工具箱,以高速水翼双体船HC200B A1为例进行仿真研究,结果表明该控制器设计能够有效地减少波浪引起的不利船体摇荡,使得船体在波浪中保持在预定的姿态。在同样参数条件下,对状态反馈H∞控制器与线性二次型调节器(LQR)设计的控制效果进行比较,显示前者的控制效果要优于后者。

穿浪双体船T型水翼状态反馈H∞控制器设计

穿浪双体船在海洋中高速航行时,纵向运动会对其性能造成不利影响,产生的垂向加速度使乘员晕船,设备短期失效。为了解决此问题,首先建立穿浪双体船纵摇和垂荡运动模型,然后运用切片理论求解运动方程中的水动力系数,将随机海浪作为外界干扰,以T型水翼为纵向运动稳定装置,进而建立带T型水翼的穿浪双体船纵向运动模型。最后以90 m长的穿浪双体船为研究对象,利用状态反馈H∞控制策略设计控制器,对船体的纵摇和垂荡进行仿真实验。结果表明:状态反馈H∞控制器可有效地减小船舶纵向运动,降低晕船率,为减小高速船纵向运动提供可靠实用的方法。