船舶减摇鳍系统的控制方法研究

发布时间：2021-07-13 08:12

　　在船舶运动中,大幅度的横摇运动是一种非常危险的现象,严重影响船舶的稳定性和安全性。此外,还会影响船员的健康,降低船舶的经济效益。因此,如何尽可能减小船舶的横摇运动是一个重要问题。为了减小横摇运动对船舶稳定性的影响,从19世纪开始,学者采用了许多减摇装置,如舱底龙骨、减摇舱、舵稳定器等。在海上过程中,由于船舶运动的复杂性,传统方法难以达到良好的减震效果。由于有源鳍具有自适应性,鲁棒性,简单易实现,因此主动减摇鳍成为当今广泛应用于船舶的装置,其减摇性能已被证明是非常有效的。然而,其效率与系统的控制算法密切相关。目前,针对船舶减摇鳍提出并进行研究的控制方法很多,它们各有优缺点。本文提出了船舶减摇鳍系统的四种控制方案。具体设计过程如下:（1）针对船舶线性减摇鳍系统,提出了一种线性二次高斯（LQG）最优控制器。其中LQG控制方法由线性二次调节器（LQR）方法和线性二次估计器（LQE）方法相结合。本文利用分离原理进行LQG方法的研究,即通过求解预定最优控制问题和最优状态估计问题得到LQG控制器。通过与LQR控制器的对比仿真,验证了 LQG控制器的有效性,结果表明,LQG控制器的性能优于LQR控制器... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
Chapter 1 Introduction
    1.1 Research background
    1.2 Related research status and progress
        1.2.1 Summary of roll reduction development trend
        1.2.2 Summary of roll reduction devices
        1.2.3 Summary of fin roll reduction control methods
    1.3 Research objectives and significance
    1.4 Main research ideas
Chapter 2 Basic Knowledge
    2.1 Force analysis of ship roll motion
        2.1.1 Restoring moment
        2.1.2 Damping moment
        2.1.3 Inertia moment
        2.1.4 Wave moment
        2.1.5 Straightening moment
    2.2 Mathematical model of ship linear roll motion
    2.3 Mathematical model of ship nonlinear roll motion
    2.4 Model of wave disturbance
    2.5 Introducing recurrent neural network
    2.6 Conclusion of the chapter
Chapter 3 Linear Quadratic Gaussian Controller Design for Fin Stabilizer System
    3.1 Problem description
    3.2 LQG control system design
    3.3 Simulation results
    3.4 Conclusion of the chapter
Chapter 4 Model Predictive Control for Fin Stabilizer System Based on Recurrent NeuralNetwork
    4.1 Problem description
    4.2 Control system design
        4.2.1 Feedback linearization
        4.2.2 Model predictive control design
    4.3 Simulation results
    4.4 Conclusion of the chapter
Chapter 5 Sliding Mode Controller Design for Fin Stabilizer System with PID SlidingSurface
    5.1 Problem description
    5.2 Sliding mode controller design and stability analysis
        5.2.1 Sliding mode controller design
        5.2.2 Sliding mode controller design with PID sliding surface
    5.3 Simulation results
    5.4 Conclusion of the chapter
Chapter 6 Online Optimal Controller Design for Nonlinear Fin Stabilizer System viatime-Based ADP Algorithm
    6.1 Problem description
    6.2 Online optimal controller design based ADP algorithm
        6.2.1 Model network for unknown ship nonlinear fin stabilizer system
        6.2.2 Critic network
        6.2.3 Action network
    6.3 Simulation results
    6.4 Conclusion of the chapter
Chapter 7 Conclusions and Outlook
    7.1 Conclusions
    7.2 Outlook
References
Author's Resume and Scientific Research Achievements duringDoctoral Degree Study
Acknowledgements


【参考文献】：
期刊论文
[1]自适应动态规划综述[J]. 张化光,张欣,罗艳红,杨珺.  自动化学报. 2013(04)
[2]减摇鳍神经网络控制技术研究[J]. 康天增,罗德红,严凤祥,牛远振.  船舶工程. 2012(S2)
[3]基于非线性干扰观测器的减摇鳍滑模反演控制[J]. 张元涛,石为人,邱明伯.  控制与决策. 2010(08)
[4]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)
[5]基于Matlab的不规则海浪三维仿真[J]. 李晖,郭晨,李晓方.  系统仿真学报. 2003(07)
[6]船舶减摇鳍系统的变结构自适应鲁棒控制[J]. 杨盐生.  大连海事大学学报. 2000(04)
[7]舰船减摇装置[J]. 孟克勤.  机电设备. 2000(03)
[8]船舶减摇鳍不确定非线性系统的变结构鲁棒控制[J]. 杨盐生,贾欣乐.  中国造船. 1998(03)
[9]我国减摇鳍装置的发展和一些设计问题[J]. 孟克勤.  机电设备. 1995(05)
[10]减摇鳍变参数PID控制器的设计[J]. 金鸿章,谷云彪,汪滨琦,候兴凯.  船舶工程. 1994(04)

博士论文
[1]可控被动式减摇水舱特性研究及实验验证[D]. 张松涛.哈尔滨工程大学 2013
[2]基于升力反馈的全航速减摇鳍研究[D]. 宋吉广.哈尔滨工程大学 2012
[3]不确定非线性系统的自适应滑模控制及应用研究[D]. 张元涛.重庆大学 2011
[4]减摇鳍的动态水动力特性及电伺服系统研究[D]. 姚绪梁.哈尔滨工程大学 2005
[5]船舶减摇水舱试验装置理论及试验研究[D]. 曲家文.哈尔滨工程大学 2003

硕士论文
[1]船舶横摇运动仿真及减摇鳍系统控制研究[D]. 关晓光.大连海事大学 2007



本文编号：3281702