船舶减摇鳍系统模糊滑模控制分析

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1、中文摘要摘要船舶横摇对航行的安全性和舒适性具有极大的影响，减摇鳍作为一种主动式减摇装置，以其出色的减摇效果广泛安装于各类型船舶上。滑模变结构控制以其设计简单，对扰动和系统参数变化具有不变性的特点，可以提高减摇鳍在不同海况下的减摇效果。本文基于此，重点研究减摇鳍系统的滑模变结构控制算法，并结合模糊控制，有效的减弱了滑模控制的抖振现象。本文的重点研究内容可归纳为以下几点：(1)基于波能谱分析理论，建立长峰波随机海浪扰动模型，采用等能量离散化方法，对不同海情的波高和波倾角进行了数字仿真。(2)考虑海况较恶劣时，横摇运

2、动中存在的非线性因素，针对某艘护卫舰提供的船舶参数，建立了船舶横摇非线性数学模型。(3)根据滑模控制原理，为所研究的减摇鳍系统设计了滑模控制器，仿真结果表明，减摇鳍的滑模控制能够有效地减小船舶横摇，并且海况变得恶劣时，仍能维持较高的减摇效率，说明所设计的控制器鲁棒性较好。(4)滑模控制在设计过程中需要预估干扰和不确定项的上界值，这增加了滑模控制设计的难度。针对于此，本文结合模糊控制，通过设计合适的规则库，设计了基于切换增益调节的模糊滑模控制，使得系统能够自动调整切换函数的增益。(5)针对滑模控制的抖振现象，本文

3、采用模糊控制来调节滑模控制中引起抖振产生的切换项。仿真结果表明，该方法能够有效的削弱控制信号的抖振，并取得良好的减摇效果。关键词：减摇鳍：非线性系统；滑模控制：模糊滑模控制英文摘要AbstractShiprollinghasgreatimpactonthesafetyandcomfortofnavigation．Finstabilizerasanactiverolldampingdevice，withitsexcellentanti-rollingeffect，iswidelyinstalledinvariou

4、stypesofships．Fortheinsensitivetodisturbanceandsystemparameterschange，slidingmodevariablestructurecontrolcanbeemployedtoimprovetheanti-rollingeffectoffinstabilizerindifferentseaconditions，anditsdesignprocessissimple．Basedonthis，slidingmodevariablestructureco

5、ntrolincorporatedwithfuzzycontrolisdesignedforfinstabilizerinthispaper．Themainresearchcontentsinthispaperareasfollows：(1)Basedonthetheoryofwavespectrumanalysis，crestedrandomwavedisturbancemodelisbuilt，waveheightandwaveslopeangleofdifferentseaconditionsissimu

6、latedusingequalenergyintervaldiscretemethod．(2)Consideringthenonlinearfactorsintherollmotionwhenseaconditionisheavy,thenonlinearshiprollingmodelisbuiltaccordingtotheshipparametersofafrigate．(3)Basedontheprincipleofslidingmodecontrol，aslidingmodecontrollerisd

7、esignedforthefinstabilizersystem．Thesimulationresultsshowthatfinstabilizerslidingmodecontrolcaneffectivelyreducetheshiprollangle，andhighanti·rollingefficiencyismaintainedwhenseaconditionisseverer,whichverifythecontrollerhasstrongrobustness．(4)Theupperboundva

8、lueofinterferenceanduncertaintyneedtobeestimatedinthedesignprocessofslidingmodecontroller，whichincreasesthedifficultyofthedesignprocess．Tosolvethisproblem，fuzzycontrolisadoptedtoadjustthecontrol