高海情下船舶减摇鳍智能控制系统研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要减摇鳍是船舶主动减横摇的特种装置。高海情下，船舶横摇运动剧烈导致系统的非线性严重，运用实船海试研究减摇鳍系统的性能，存在减摇鳍损坏和船舶倾覆的可能，是高成本、高危险的。基于此，本文通过计算机仿真，复现高海情下船舶的横摇非线性运行工况，解决无法采用实船海试的矛盾。同时分析存在的问题，尝试运用智能方法对控制器进行改进。对鳍／翼鳍的结构和性能进行研究，并代替单体鳍进行对比仿真研究。首先，根据减摇鳍电液伺服系统的组成，分析逐个环节的结构以及非线性因素，建立非线性模型。建立船舶横摇非线性模型和单体鳍的水动力系数模型。对鳍／翼鳍水动力系数图谱进行数据平滑，采用最

2、d"--乘法对回归方程进行拟合，建立鳍／翼鳍水动力系数计算模型。研究随机海浪仿真方法，建立船舶减摇鳍系统非线性仿真模型。其次，设计GA．FC控制器改善PID控制器适应性差的问题。分析仿真精度不高的原因，提出变期望精度控制的思想，遵循结构简单，易于工程实现原则，设计了GA．FCPID复合控制器。然后，提出从鳍片自身结构方面改进减摇性能的方法。运用鳍／翼鳍代替单体鳍以便产生更大的横摇扶正力矩。最后，在多种海情不同遭遇浪向角下进行仿真，给出了3种控制方式，2种鳍的仿真曲线和统计结果，并进行对比研究。结果表明，GA．FCPID复合控制器具有更好的控制精度和鲁棒性。鳍／翼鳍减摇鳍的减摇效果

3、是单体鳍减摇鳍减摇效果的1．2～1．5倍，是提高船舶减横摇效果的有效方式。关键词：减摇鳍；电液伺服系统；模糊控制；遗传算法；鳍／翼鳍ABSTRACTFinStabilizersarethespecialinstallmentsthathelptheshipstoreducetherollinginitiatively．Theshipsrollingmovementisfierceandisahighnonlinearsystem，underheavescalesea．Utilizingtheentityshipintheseaexperimentaltostudythefinst

4、abilizesystem’Sperformance，haspossibilitythatfinstabilizersaredamagedandshipscapsize，whichiscostlyanddangerous．Basedonthis，thisarticlerealizesships’nonlinearrollingconditionunderheavescaleseathroughthecomputercondition．Theproblemthatunabletousetheentityshiptocarryonmarineexperimentsissolved．S

5、imultaneously,thequestionsexistareanalyzed．Attempttousetheintelligentmethodtoimprovethecontroller．Studythemain／flapfins’structureandtheperformance．CarryoutthecontrastsimulationresearchWithmonomerfins．Firstly,accordingtotheconstituentoffinstabilizerelectro-hydraulicservo，eachlir出sstructureandn

6、onlinearfactorsareanalyzed，nonlinearmodelisestablished．Ship’srollingnonlinearmodelandmonomerfins’hydrodynamicmodelarebuilt．Main／flapfins’datasmoothinganalysisarecarriedon，regressionisaccomplishedbyusingtheleastsquaresmethod，main／flapfins’hydrodynamicmodelisbuilt．Studythestochasticoceanwavesim

7、ulationmethod．Thenonlinearmodelofshipstabilizesystemisbuilt．Next，GA．FCcontrollerisdesignedtoimprovethecompatibilityofPIDcontroller．Thereasonoflowsimulationprecisionisanalyzed，changeableprecisionisputforward．Followstheprinciplesofsimplestructu