基于斜舵的船舶减摇控制研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文基于斜舵的船舶减摇控制研究姓名：张忠宝申请学位级别：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船舶减摇是船舶与海洋工程的重要课题之一。从国内外的情况来看，减横摇的技术已经日趋成熟并逐步走向完善，而减纵摇的问题还没有得到很好的解决。如果能够找到有效的减纵摇和横摇方法，对于舰载飞机起降、船舶的适居性和航行性及安全性等都是十分有意义的。为实施对船舶运动姿态的控制，本文推导了利用斜舵进行减摇控制的数学模型，并做了合理的简化，然后利用切片法，计算得到数学模型中的各水动力系数。利用递推最小二乘法的改进算法对

2、海浪扰动力和扰动力矩进行建模，为利用扩展随机最优控制奠定基础，并且对海浪扰动力和扰动力矩的估计方法进行研究和分析，具有工程实用意义。在经典LQG控制中，·又根据扰动输入模型的不同而导致中间过程中被反馈的状态估计结果的不同，所以将扰动模型与原来的系统模型合并为新的系统模型，并引入白噪声作为新的系统干扰。对扩展后的新系统，运用线性二次高斯(LQG)控制方法计算出扩展Kalman滤波增益阵和扩展随机最优控制增益阵。另外通过仿真给出了斜舵的倾斜角度对减摇效果的影响。本文所有研究工作，都是在Matlab7．0仿真平台上仿真验证的，并给出了仿真验证结果。通过理论分析和大

3、量的仿真结果证明，基于斜舵利用扩展的LQG控制方法实现船舶减纵／横摇控制是可行的，并且扩展的LQG控制计算简便、省时、实用、控制效果好，鲁棒性强。LQO控制作为一种优化控制技术，对模型要求低，在线计算方便、控制综合效果好，将有着广阔的应用前景。本论文的研究成果和结论对于船舶舵减纵摇的实施具有重要的指导意义。关键词：斜舵船舶；LQG控制；扩展随机最优控制；Kalman滤波哈尔滨工程大学硕士学位论文AbstractTheshipstabilizationisoneofanimportanttopicaboutshipandocean蛐rIIcture．Onthe

4、conditionofthehomeandabroad，thetechniqueofantirollingincreasinglymaturationandcometosophisticated，buttheproblemofantipitchingandantirollingisnotsettledwell．Findinganefficientmethodsisverysignificantofthecarrieraircraftdebarkingandlanding，theshiphabitability，navigationandsafety．Inor

5、dertocontroltherollandpitchofship，amathematicsmodelofrollallpitchcontrolbyslantingruddersweredevelopedinthethesis．Allhydrodynamicparametersinthemodelwerecalculatedbystripmethod．Themodelingofthewavedisturbingforceandmomentisbuiltbyrefinementalgorithmofrecurrenceleastsquaremethodwhic

6、hbuildsthefoundationoftheextendedstochasticoptimalcontrolandgivesthestudyandanalysisforthepredictionofthewavedisturbingforceandmoment．Ithasengineeringpracticalvalue．BecausetheclassicsLQGcontrolsbasedondifferentstateestimationresultssubprocessbroughtfromdifferentdisturbanceinputtedm

7、odel，theoriginalmodelandinterferencemodelweremergedintoanewsystemmodelbyintroducingwhitenoisesinnormaldistribution．Forthenewextendedsystem，thesteadystateextendedKalmanfilteringplusmatrixandthesteadystateextendedstochasticoptimalcontrolplusmatrixareobtainedbyaLinearQuadraticGaussian

8、(LQG)method．Besides，thisar