基于lqg的穿浪双体船垂向运动控制系统设计-论文

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1、基于LQG的穿浪双体船垂向运动控制系统设计-论文第３６卷第８期　２０１４年８月45基于LQG的穿浪双体船垂向运动控制系统设计-论文第３６卷第８期　２０１４年８月45　舰船科学技术　Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．８　Ａｕｇ．，２０１４　ＳＨＩＰ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　基于ＬＱＧ的穿浪双体船垂向运动控制系统设计　关　劲　，宋　超　，张松涛　（１．海军装备部，北京１００８４１；２．哈尔滨工程大学，黑龙江哈尔滨１５０００１）　摘　要：　穿浪双体船独特的船体结构使得其横摇运动较小，但在高海况高航速行时垂向运动比较剧烈，为此需要一　种有效的控制系统

2、来解决问题。本文设计的控制系统由船首的Ｔ型水翼和船尾的纵倾调整尾板构成，运用合理的控制策略　使二者统筹配合，发挥最优的减摇效果。首先建立双体船的垂向运动模型，利用切片理论求解水动力系数；然后采用Ｆｌｕｅｎｔ45　仿真分析Ｔ型水翼和纵倾调整尾板的水动力特性；在此基础上设计ＬＱＧ控制器，对不同海况下的穿浪双体船的垂向运动进　行仿真研究。结果表明，运用ＬＱＧ控制策略设计的运动控制系统能够很好地抑制双体船的垂向运动。　关键词：　双体船；运动控制系统；ＬＱＧ控制器；Ｔ型水翼；纵倾调整尾板　中图分类号：　Ｕ６６１．７　文献标识码：　Ａ　文章编号：１６７２—７６４

3、９（２０１４）０８一Ｏ１ｌ３—０５　ｄｏｉ：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７６４９．２０１４．０８．０２２　Ａ　ｒｉｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃａｔａｍａｒａｎ　ｕｓｉｎｇ　ＬＱＧ　ｆｏｒ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｍｏｔｉｏｎ　ＧＵＡＮ　Ｊｉｎ　，ＳＯＮＧ　Ｃｈａｏ。ＺＨＡＮＧ　Ｓｏｎｇ—ｔａｏ45　，（１．Ｎａｖｙ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００８４１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｈａｒｂｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１　５０００　１，Ｃｈｉｎａ）　

4、Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｕｎｉｑｕｅ　ｈｕｌｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｗａｖｅ　ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｃａｔａｍａｒａｎ　ｍａｋｅｓ　ｔｈｅ　ｒｏｌｌ　ｍｏｔｉｏｎ　ｓｍａｌｌ，ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｍｏｔｉｏｎ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｉｎ　ｒｏｕｇｈ　ｓｅａ　ｏｒ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｒｅｑｕｉｒｅｓ　ａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｉｔ．Ｔｈｅ　ｒｉｄｅ　45ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ａ　Ｔ—ｆｏｉｌ　ａｎｄ　ａ　ｔｒａｎｓｏｍ　ｓ

5、ｔｅｒｎ　ｌａｆｐ，ｕｓｉｎｇ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ＳＯ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｙ　ｃａｎ　ｃｏ—ｏｒｄｉｎａｔｅ　ｗｉｔｈ　ｅａｃｈ　ｏｔｈｅｒ　ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ　ｖｅｔｉｒｃａｌ　ｍｏｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｔａｍａｒａｎ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｓｔｒｉｐ　ｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈ

6、ａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔ—ｆｏｉｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｏｍ　ｓｔｅｒｎ　ｌｆａｐ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅ45ｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｅｌｐ　ｏｆ　ＦＬＵＥＮＴ．Ａ　ＬＱＧ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｈｅｒｅ　ｏｎ　ｔｈｉｓ　ｂａｓｉｓ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｅｔｒｉｃａｌ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｖｅ・ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｃａｔａｍａｒａｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂ

7、ａｓｅｄ　ｏｎ　ＬＱＧ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｐｌａｙｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｔａｍａｒａｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｃａｔａｍａｒａｎ；ｒｉｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙ45ｓｔｅｍ；ＬＱＧ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；Ｔ－ｆｏｉｌ；ｔｒａｎｓｏｍ　ｓｔｅｒｎ　ｌｆａｐ　０　引　言　穿浪双体船（Ｗａｖｅ　Ｐｉｅｒｃｉｎｇ　Ｃａｔａｍａｒａｎ，ＷＰＣ）最　早由澳大利亚ＩＮＣＡＴ公司提出，设计建造的“威尼斯　ＷＰＣ其独特的船体结构使得在横摇方面具有良好　的耐波性

8、，但在高海况高航速时，往往发生剧烈的纵　摇和垂荡运动，出现砰击、甲板上浪等现象，并产生　较大的垂向加速度，导