船舶舵/鳍联合减摇鲁棒控制研究

为了提高船舶减摇效果,研究了舵/鳍联合减摇鲁棒控制问题.通过提出广义输出干扰的概念,将舵/鳍联合减摇控制系统广义对象的奇异控制问题转化为非奇异标准控制问题,给出了艏摇/横摇耦合运动的线性分式变换模型和广义对象状态空间实现.基于μ综合设计了舵/鳍联合减摇H∞鲁棒控制系统的控制器,并用结构奇异值理论对所设计的系统进行鲁棒稳定性和鲁棒性能分析.通过数字仿真,证明了所设计的控制系统具有良好的减摇效果和鲁棒性.

舵/鳍联合减摇的H_∞控制方法

针对舵/鳍联合减摇控制系统的特点,提出了一种新的基于正实性设计思想的H∞控制方案,并根据设计结果对控制器参数进行了综合调节。采用H∞混合灵敏度设计方法,从基本的性能要求和鲁棒稳定性要求出发,对舵减摇控制回路和减摇鳍控制回路进行了设计,并且详细地给出了各个权函数的确定过程。在设计过程中不但考虑了舵机和鳍机的非线性限制,还分析了Bode积分定理对性能的约束条件,在系统的性能和控制输出之间进行了折衷,给出了一组最优的设计结果。仿真结果表明,所设计的H∞控制系统在相应的频带内具有指定的性能,系统在不同海况,不同遭遇角时,都取得了很高的减摇率。而且在对象存在摄动的情况下系统仍具有最优的性能和很好的鲁棒稳定性。

低舵速下具有能量优化的舵鳍联合减摇研究

针对目前舵/鳍联合减横摇系统对舵机转舵速度要求较高等问题,研究了一种在现有舵机低舵速条件下的舵/鳍联合减摇方法,可避免频繁操舵造成的舵机加剧磨损、燃料过度消耗等缺陷。依据操舵准则,在线修正原航向舵、减摇鳍指令,在允许的航向偏差范围内,达到舵/鳍联合减摇的目的。通过对船舶航行阻力、能量损耗的分析,应用遗传算法对舵/鳍联合控制中的关键因子进行优化。最后在不同海情下与原舵、鳍系统进行模拟比较,验证了该方法的有效性。与其它舵/鳍联合系统不同,该方法无需对现有舵机、鳍系统进行改造或更换,具有较好的应用价值。