基于扰动补偿的船舶横向运动LQG控制研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文基于扰动补偿的船舶横向运动LQG控制研究姓名：马云飞申请学位级别：硕士专业：系统工程指导教师：赵希人20090101哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要由于受到海浪、海风及其他干扰的影响，船舶产生了六自由度的复杂运动，具有很强的随机性的非线性。这就导致船舶运动姿态进行控制具有～定难度，无论在理论上还是实际工程应用上都还需要进一步的探讨。本文采用减摇水舱和航向舵作为减摇装置，进行基于扰动补偿的LQG控制研究，主要进行了以下工作：1．了解船舶横向减摇控制研究现状，总结国内外的研究方法。2．基于切片原理建立横荡、横摇与艏摇相互耦合的船舶横向运动方程，详细讨论船舶在波浪中

2、横向受力情况。利用卡尔曼滤波器对横向受海浪扰动力与力矩进行估计，以便于掌握船舶受力状况及可能产生的运动姿态。3．详细介绍可控被动式减摇水舱的减摇原理。它通过控制气阀的启闭，使水舱内水的横向流动周期与船的摇摆运动周期同步，且方向相反，从而达到了补偿船舶受扰力矩的目的。4．采用LQG最优控制方法对船舶横向运动进行多变量控制，得到相关的仿真结果。5．提出基于扰动补偿的LQG控制方法。它是一种采用减摇水舱和航向舵作为联合减摇装置的控制方法。首先，采用减摇水舱对船舶的受扰力矩进行补偿。然后，利用航向舵对补偿后船舶横向运动进行最优LQG控制。将补偿前后得到的仿真结果进行比较，结果表明补偿后的最优

3、控制效果最佳。关键词：船舶横向运动：LQG控制；减摇水舱；卡尔曼滤波器；扰动补偿一堕堡堡垄鎏垡垒璧——————一；_—I——————————————Ii；；iiiiiiiiii。。。。。。。。。。。。。‘‘’AbstractBecauseoftheactionoftheoceanwave，、)~，indandtheotherinteractions，theshippinghascomplexmovementinsixdegreesthatisofaverystrongrandomproperty．So，itisverydifficultforUStopredictandcontrol

4、themovementattitudeoftheshippinginaveryshortperiodanditneedsfurtherstudywhetherintheoryorrealproject．Thispaperusedcourserudderandcontrollablepassiveanlt-rollingTankastheanti．roilingdevice．Themainworkincluded：1．Lookingintothepresentconditionofpowersystemshort-termloadforecastandsummarizingresear

5、chmethodintheworld．2．Thispaperestablishedthelatitudinalequationsoftheshippingbasedonstriptheory，inthelatitudinalequations，swaying，rollingandyawingareintercoupling．WecouldeasygetshipmotionattitudeandusethedependenceofmeasuringstatevariabletoestimatewavedisturbancebymeansofKalmanfiltering．3．Intro

6、ducingindetailanlt．rollingprincipleofcontrollablepassiveanlt-rollingt踟：嫩．Itcontrolstheairvalvetocausewaterchamberdomesticwatersthelateralflowcycleandship’Spivotingmotioncyclesynchronization，Andthedirectionisopposite，tocompensatewavedisturbanceofrealsystem．4．ItusedLQGcontrolforMultivariateOptimi

7、zingControlMethodofLatitudinalMovementforShip，andobtainedtherelatedsimulationresult．5．BringforwardaLQGcontrolmethodbasedoncompensatingofdisturb．First，itusedcontrollablepassiveanlt．rollingtankcompensatingwavedisturbanceofrealsystem