舵鳍联合减摇系统建模与滑模控制研究

发布时间：2017-11-23 10:32

  本文关键词：舵鳍联合减摇系统建模与滑模控制研究

  更多相关文章： 四自由度模型 舵鳍联合 滑模控制 反馈线性化

【摘要】：船舶在海上航行时,受风、浪等海洋环境扰动的影响,会产生各种摇荡运动,剧烈的横摇运动将严重影响船舶的安全性、适航性。舵鳍联合减摇控制系统就是在综合考虑减摇鳍和舵减摇的基础上形成的一种减摇装置,它在保证航向控制精度的同时,能达到较好的减摇效果,从而提高船舶的航向稳定性、操纵性、安全性以及乘员的舒适性。本文重点研究建立船舶运动非线性数学模型,以及基于输入输出反馈线性化的舵鳍联合滑模控制系统的设计。首先,分别考虑作用在船体、螺旋桨、舵、鳍上的流体动力以及力矩,构建了一个风浪干扰作用下的纵荡、横荡、横摇和艏摇4自由度的船舶运动非线性数学模型,并且给出了该模型中所涉及到的参数的估算公式。本文在数学建模过程中参考了孙景浩提出的流体跟随船舶运动产生附加质量和附加惯性矩的相关理论,使得所建模型更加全面。然后,针对某集装箱船提供的船舶参数,利用本文构建的船舶运动非线性数学模型,进行了旋回试验以及Z形操纵试验的仿真,将仿真结果与相关文献提供的计算数据和船舶操纵性标准进行对比分析,验证了该模型的正确性、可行性,可用于船舶舵鳍联合控制仿真研究。最后,本文基于滑模变结构控制对外部扰动与模型误差不灵敏的特性,结合非线性微分几何理论,设计了基于输入输出反馈线性化的滑模控制器,并应用于船舶舵鳍联合减摇控制系统。为了方便设计滑模控制器,论文将船舶运动非线性数学模型简化为仿射非线性数学模型。论文针对不同海况,进行了船舶减摇与航向联合控制仿真实验,仿真结果表明该控制器具有良好的鲁棒性,在保证船舶航向控制精度的同时,使得船舶达到较好的减摇效果。
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.7

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本文编号：1218183