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原文传递船舶舵鳍联合减摇控制策略研究

论文题名：	船舶舵鳍联合减摇控制策略研究
关键词：	船舶运动模型;舵鳍联合减摇H∞控制器;航向控制;PID自动舵;卡尔曼滤波器;风浪干扰
摘要：	由于船舶在航行过程中会受到恶劣天气和风浪的影响,导致各种各样的海上事故,轻则导致船体受损,重则会危及人身及货物的安全,造成严重的后果。这些事故往往是因为船舶本身受到外力影响产生的强烈的横摇,使得船体左右剧烈摇晃,最终酿成严重的事故。所以说,对船舶横摇的控制是很有必要的。传统的减摇方式包括减摇鳍和舵减摇,但无论是哪种减摇方式,它们自身都有其局限性。比如减摇鳍装置在低速时减摇效果较差,而且减摇鳍的运动还会产生艏摇。而舵减摇虽然能在一定程度上起到减摇的作用,但减摇效果没有减摇鳍好,而且还要兼顾航向。所以,舵鳍联合减摇控制便是在综合了各自特点的同时发展起来的一种新型减摇方式。　　本文针对船舶运动模型设计了舵鳍联合减摇H∞控制器,而在航向控制方面,在传统的PID自动舵的基础上采用卡尔曼滤波器对航行过程中遭遇的风浪干扰进行抑制,从而在减摇的同时达到控制航向的目的。　　首先介绍了惯性坐标系和附体坐标系中6自由度船体的运动,对船体平移运动和旋转运动方程的建立进行了推导。对船舶舵和鳍在航行过程中的所受的流体力进行分析,建立了动力学方程。　　其次,对风浪干扰模型的物理本质出发,介绍了风速变动的谱密度函数,给出了干扰力或干扰力矩的具体计算方法。　　然后,给出了两种常用的风浪谱密度公式,以及用波谱密度生成的波面历时值的方法和推导,利用这种方法,有助于进行船舶运动的仿真研究。　　最后,通过对舵鳍联合控制系统进行控制器的设计,并进行Matlab仿真实验,针对不同海况对系统进行仿真研究,通过仿真曲线可以看出,本文所设计的舵鳍联合控制系统无论是在减摇,还是航向的控制上,均能取得良好效果。
作者：	马亮
专业：	控制理论与控制工程
导师：	徐进学
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文