船舶舵鳍联合系统的无模型控制策略研究
发布时间：2021-06-02 21:41
船舶在航行过程中,受到风浪等海洋环境因素的干扰,会发生横摇、横荡、艏摇、纵荡等运动。剧烈的摇荡运动会严重影响船舶航行时的稳定性和安全性;船舶舵鳍联合控制系统就是在确保航向控制精度的同时能够通过控制减摇鳍来实现有效地减摇,进而提高船舶在海上航行时的稳定性、安全性和舒适性等。本文重点研究四自由度的船舶运动数学模型的建立,以及船舶舵鳍联合系统的无模型控制策略设计。首先,根据牛顿动力学的动量定理与动量矩定理,建立了四自由度的船舶运动非线性数学模型并对其进行了回旋试验和Z形操纵试验仿真,与相关文献给出的数据及船舶操纵性标准进行对比分析,证明了本文所建船模的正确性和可靠性。然后,根据Conolly船舶横摇线性数学模型,设计了无模型自适应（MFAC）减摇控制器,并通过仿真研究,表明MFAC在低频海浪扰动下对比PID控制器,具备了更强的鲁棒性;在舵鳍联合系统中,针对非自衡的航向系统设计了经过镇定器内回路反馈的改进MFAC航向控制器和非线性横摇运动系统的MFAC减摇控制器,在保证船舶航向控制精度的同时能够有效的减摇,并进行了仿真研究。MFAC策略与PID控制策略相比,具备可调参数少,参数调节简单,实现更...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１船舶运动坐标系??Ｆｉｇ．２．１?Ｆｒａｍｅ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｍｏｔｉｏｎ??
舵机产生的力的作用点与船体重心有存在一定的垂直距离，因此在转舵时会??产生船体向内倾斜的转动力矩。与此同时，船在进行转向时，不免会产生让船舶??背离转舵方向的离心力。当船在连续改变航向的时候立即打反向舵，此时舵机产??生力的方向和离心力是相同的，那么这时就会产生更严重的横倾。通过舵机来减??摇就是根据上述操作引起的横倾来抵抗海浪产生的横摇力矩［７，３７］。??舵的位置一般都装在船体尾部，螺旋桨位于舵的前面，这种条件下，螺旋桨??旋转的尾流作用于舵上，可以提高舵的效率。在对舵上的流体动力与力矩进行模??型建立时，考虑船的伴流和桨的运行对舵影响的同时还将舵对船舶整体产生的影??响也同时考虑进来。本文采用的流体动力模型如下：??＜?（ｚ．３ｏ）??Ａ＝－（１?＋?？＂）Ｚ／Ａｃ〇ｓ５??＝
舵机产生的力的作用点与船体重心有存在一定的垂直距离，因此在转舵时会??产生船体向内倾斜的转动力矩。与此同时，船在进行转向时，不免会产生让船舶??背离转舵方向的离心力。当船在连续改变航向的时候立即打反向舵，此时舵机产??生力的方向和离心力是相同的，那么这时就会产生更严重的横倾。通过舵机来减??摇就是根据上述操作引起的横倾来抵抗海浪产生的横摇力矩［７，３７］。??舵的位置一般都装在船体尾部，螺旋桨位于舵的前面，这种条件下，螺旋桨??旋转的尾流作用于舵上，可以提高舵的效率。在对舵上的流体动力与力矩进行模??型建立时，考虑船的伴流和桨的运行对舵影响的同时还将舵对船舶整体产生的影??响也同时考虑进来。本文采用的流体动力模型如下：??＜?（ｚ．３ｏ）??Ａ＝－（１?＋?？＂）Ｚ／Ａｃ〇ｓ５??＝
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊神经网络的舵鳍联合减摇控制[J]. 阮苗锋,宋立忠,李湘平. 中国航海. 2015(02)
[2]约束条件下的舵鳍联合减摇控制研究[J]. 阮苗锋,宋立忠,田英俊. 计算技术与自动化. 2014(02)
[3]鳍/舵减摇双重控制的H∞设计[J]. 刘彦文,王广雄,李栋良. 电机与控制学报. 2013(01)
[4]船舶减摇技术现状及发展趋势[J]. 洪超,陈莹霞. 船舶工程. 2012(S2)
[5]非自衡系统的无模型自适应控制[J]. 李传庆. 控制工程. 2010(S2)
[6]低舵速下具有能量优化的舵鳍联合减摇研究[J]. 金鸿章,王帆. 兵工学报. 2009(07)
[7]船舶舵鳍联合控制的综述[J]. 王新屏,张显库,关巍. 中国航海. 2009(02)
[8]船舶舵/鳍联合减摇鲁棒控制研究[J]. 刘胜,方亮,于萍. 哈尔滨工程大学学报. 2007(10)
[9]带有跟踪微分器的无模型自适应控制器[J]. 武俊峰,刘亮亮,仲小虎. 电机与控制学报. 2007(05)
[10]基于H∞设计法的非线性舵鳍联合控制系统仿真研究[J]. 于萍,刘胜. 系统仿真学报. 2002(08)
博士论文
[1]数据驱动无模型自适应控制与学习控制的鲁棒性问题研究[D]. 卜旭辉.北京交通大学 2011
[2]无模型学习自适应控制的若干问题研究及其应用[D]. 金尚泰.北京交通大学 2008
[3]无模型自适应控制理论几类问题的研究[D]. 王卫红.北京交通大学 2008
[4]船舶运动与主推进线性变参数联合控制的研究[D]. 袁士春.大连海事大学 2007
[5]船舶减摇鳍系统智能控制及其可视化仿真的研究[D]. 李晖.大连海事大学 2003
硕士论文
[1]舵鳍联合减摇系统建模与滑模控制研究[D]. 潘学美.大连海事大学 2016
[2]基于无模型自适应控制方法的四旋翼飞行器姿态调整[D]. 郑健.北京交通大学 2015
[3]大型双桨双舵船舶的智能航向控制[D]. 肖凤翔.大连海事大学 2015
[4]船舶航向自抗扰控制的研究[D]. 奚庆潮.大连海事大学 2014
[5]船舶舵/鳍联合减摇的鲁棒控制系统设计[D]. 李栋良.哈尔滨工程大学 2013
[6]舵鳍联合控制对船舶回转特性的影响研究[D]. 王栋宇.哈尔滨工程大学 2013
[7]船舶操纵性仿真与舵鳍联合控制方法研究[D]. 刘厚文.哈尔滨工程大学 2013
[8]舵鳍联合鲁棒控制系统研究[D]. 于萍.哈尔滨工程大学 2001
本文编号：3210800
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１船舶运动坐标系??Ｆｉｇ．２．１?Ｆｒａｍｅ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｍｏｔｉｏｎ??
舵机产生的力的作用点与船体重心有存在一定的垂直距离，因此在转舵时会??产生船体向内倾斜的转动力矩。与此同时，船在进行转向时，不免会产生让船舶??背离转舵方向的离心力。当船在连续改变航向的时候立即打反向舵，此时舵机产??生力的方向和离心力是相同的，那么这时就会产生更严重的横倾。通过舵机来减??摇就是根据上述操作引起的横倾来抵抗海浪产生的横摇力矩［７，３７］。??舵的位置一般都装在船体尾部，螺旋桨位于舵的前面，这种条件下，螺旋桨??旋转的尾流作用于舵上，可以提高舵的效率。在对舵上的流体动力与力矩进行模??型建立时，考虑船的伴流和桨的运行对舵影响的同时还将舵对船舶整体产生的影??响也同时考虑进来。本文采用的流体动力模型如下：??＜?（ｚ．３ｏ）??Ａ＝－（１?＋?？＂）Ｚ／Ａｃ〇ｓ５??＝
舵机产生的力的作用点与船体重心有存在一定的垂直距离，因此在转舵时会??产生船体向内倾斜的转动力矩。与此同时，船在进行转向时，不免会产生让船舶??背离转舵方向的离心力。当船在连续改变航向的时候立即打反向舵，此时舵机产??生力的方向和离心力是相同的，那么这时就会产生更严重的横倾。通过舵机来减??摇就是根据上述操作引起的横倾来抵抗海浪产生的横摇力矩［７，３７］。??舵的位置一般都装在船体尾部，螺旋桨位于舵的前面，这种条件下，螺旋桨??旋转的尾流作用于舵上，可以提高舵的效率。在对舵上的流体动力与力矩进行模??型建立时，考虑船的伴流和桨的运行对舵影响的同时还将舵对船舶整体产生的影??响也同时考虑进来。本文采用的流体动力模型如下：??＜?（ｚ．３ｏ）??Ａ＝－（１?＋?？＂）Ｚ／Ａｃ〇ｓ５??＝
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊神经网络的舵鳍联合减摇控制[J]. 阮苗锋,宋立忠,李湘平. 中国航海. 2015(02)
[2]约束条件下的舵鳍联合减摇控制研究[J]. 阮苗锋,宋立忠,田英俊. 计算技术与自动化. 2014(02)
[3]鳍/舵减摇双重控制的H∞设计[J]. 刘彦文,王广雄,李栋良. 电机与控制学报. 2013(01)
[4]船舶减摇技术现状及发展趋势[J]. 洪超,陈莹霞. 船舶工程. 2012(S2)
[5]非自衡系统的无模型自适应控制[J]. 李传庆. 控制工程. 2010(S2)
[6]低舵速下具有能量优化的舵鳍联合减摇研究[J]. 金鸿章,王帆. 兵工学报. 2009(07)
[7]船舶舵鳍联合控制的综述[J]. 王新屏,张显库,关巍. 中国航海. 2009(02)
[8]船舶舵/鳍联合减摇鲁棒控制研究[J]. 刘胜,方亮,于萍. 哈尔滨工程大学学报. 2007(10)
[9]带有跟踪微分器的无模型自适应控制器[J]. 武俊峰,刘亮亮,仲小虎. 电机与控制学报. 2007(05)
[10]基于H∞设计法的非线性舵鳍联合控制系统仿真研究[J]. 于萍,刘胜. 系统仿真学报. 2002(08)
博士论文
[1]数据驱动无模型自适应控制与学习控制的鲁棒性问题研究[D]. 卜旭辉.北京交通大学 2011
[2]无模型学习自适应控制的若干问题研究及其应用[D]. 金尚泰.北京交通大学 2008
[3]无模型自适应控制理论几类问题的研究[D]. 王卫红.北京交通大学 2008
[4]船舶运动与主推进线性变参数联合控制的研究[D]. 袁士春.大连海事大学 2007
[5]船舶减摇鳍系统智能控制及其可视化仿真的研究[D]. 李晖.大连海事大学 2003
硕士论文
[1]舵鳍联合减摇系统建模与滑模控制研究[D]. 潘学美.大连海事大学 2016
[2]基于无模型自适应控制方法的四旋翼飞行器姿态调整[D]. 郑健.北京交通大学 2015
[3]大型双桨双舵船舶的智能航向控制[D]. 肖凤翔.大连海事大学 2015
[4]船舶航向自抗扰控制的研究[D]. 奚庆潮.大连海事大学 2014
[5]船舶舵/鳍联合减摇的鲁棒控制系统设计[D]. 李栋良.哈尔滨工程大学 2013
[6]舵鳍联合控制对船舶回转特性的影响研究[D]. 王栋宇.哈尔滨工程大学 2013
[7]船舶操纵性仿真与舵鳍联合控制方法研究[D]. 刘厚文.哈尔滨工程大学 2013
[8]舵鳍联合鲁棒控制系统研究[D]. 于萍.哈尔滨工程大学 2001
本文编号：3210800
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