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船舶运动姿态预报与控制方法研究

作　者: 马洁
导　师: 李国斌
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 多层递阶理论船舶运动预报方法无模型控制船舶减摇技术
分类号: TP29-AC
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

水面舰船在海洋中的运动由于受到波浪、海风和其它干扰的影响，会产生六个自由度的复杂运动，具有较强的随机性和非线性特性，这就导致了对船舶运动预报与减摇控制具有相当的困难。因此研究有关船舶运动的非线性预报与减摇控制方法具有非常重要的意义。对于船舶运动的控制具有相当的不确定性，这就使其不可避免地存在模型参数变化、模型结构变化等问题，因此就要求所设计的控制系统具有一定的参数适应性和结构适应性，而多层递阶方法理论正适用于这种情况。多层递阶理论是对非线性控制理论的丰富与发展。多层递阶辨识所得到的模型，有利于解决船舶运动预报问题。多层递阶控制进一步发展成为无模型自适应控制，有助于实现船舶运动的有效控制。本论文首次将多层递阶理论应用于船舶运动的预报与减摇控制，提出了基于多层递阶方法理论的船舶运动预报与减摇控制方法。分别采用传统的自回归法和新型的多层递阶两种预报方法进行了仿真研究和对比分析，研究结果表明，自回归法因用固定参数模型预测一个时变参数系统的情况而致存在一定的局限性；多层递阶为时变参数模型，能较好地反映系统的非线性，时变特性，可以取得较精确的预报结果。研究了高海情下不同船型、各种航态(不同海况、不同航速、不同航向)船舶横摇和纵摇运动规律，并进行了仿真分析。针对船舶横摇运动的复杂性，将无模型控制基本算法引入综合减摇装置控制器设计中。进行了鳍—被动水舱综合平衡系统控制器的设计研究，仿真结果表明：基于无模型控制器的减摇鳍—被动水舱综合平衡系统在高海情、全航速、全航向的条件下均有很好的减摇效果。减摇水舱试验台架电液力矩伺服系统所采取的控制策略是否先进和有效是设计减摇水舱试验台架的关键，针对模型控制策略对非线性系统的控制在

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-33
  1.1 论文研究的目的和意义  11-13
  1.2 国内外研究概况  13-23
    1.2.1 船舶运动极短期预报技术国内外研究概况  13-18
    1.2.2 船舶减摇与控制技术国内外研究概况  18-23
  1.3 多层递阶方法理论与应用进展  23-32
    1.3.1 多层递阶方法理论概述  23-26
    1.3.2 无模型控制方法及其应用  26-32
  1.4 本论文的主要研究工作  32-33
第2章多层递阶方法理论基础  33-55
  2.1 多层递阶预报方法  33-44
    2.1.1 基本多层递阶预报方法  33-39
    2.1.2 多模型多算法综合多层递阶预报方法  39-42
    2.1.3 具有引导变量的预报模式  42-44
  2.2 无模型控制方法  44-54
    2.2.1 无模型控制算法的基本形式和收敛性分析  44-51
    2.2.2 无模型控制律的设计方法及其一般形式  51-53
    2.2.3 无模型控制律的收敛性在实践中的有效性  53-54
  2.3 本章小结  54-55
第3章船舶运动规律仿真研究  55-78
  3.1 随机海浪模型建立及其仿真  55-63
    3.1.1 海浪模型建立  55-59
    3.1.2 海浪波倾角仿真  59-63
  3.2 船舶运动规律仿真研究  63-76
    3.2.1 船舶摇荡运动的建模与仿真  63-69
    3.2.2 船舶运动规律仿真研究  69-76
  3.3 本章小结  76-78
第4章多层递阶预报方法在水面舰船纵摇运动预报中的应用研究  78-95
  4.1 水面舰船纵摇运动AR预报方法研究  78-86
    4.1.1 自回归AR法建模与预报  78-82
    4.1.2 水面舰船纵摇运动AR法预报应用实例  82-83
    4.1.3 仿真研究  83-86
  4.2 水面舰船纵摇运动多层递阶预报方法研究  86-93
    4.2.1 多层递阶建模与预报  86-90
    4.2.2 水面舰船纵摇运动多层递阶预报应用实例  90-91
    4.2.3 仿真研究  91-93
  4.3 AR模型与多层递阶预报模型比较研究  93-94
  4.4 本章小结  94-95
第5章无模型控制在舰船综合平衡系统中的应用研究  95-114
  5.1 船舶鳍-被动水舱综合平衡系统组成  95-99
  5.2 综合平衡系统无模型控制器的设计及仿真研究  99-113
    5.2.1 综合平衡系统无模型控制器的设计  99-100
    5.2.2 仿真结果分析  100-113
  5.3 本章小结  113-114
第6章无模型控制在减摇水舱试验台架系统中的应用研究  114-133
  6.1 减摇水舱试验台架总体设计  114-121
    6.1.1 减摇水舱试验台架工作原理  114-117
    6.1.2 减摇水舱试验台架的技术指标  117
    6.1.3 减摇水舱试验台架系统组成  117-120
    6.1.4 减摇水舱试验台架横摇运动的模拟  120-121
  6.2 电液力矩伺服系统无模型控制器的设计  121-131
    6.2.1 电液力矩伺服系统部件选型及参数计算  121-126
    6.2.2 电液力矩伺服系统无模型控制器的设计  126-128
    6.2.3 仿真研究  128-131
  6.3 本章小结  131-133
结论  133-135
参考文献  135-143
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果  143-144
致谢  144-145
个人简历  145

船舶运动姿态预报与控制方法研究

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