基于QFT的SWATH船纵向运动控制研究

【摘要】小水线面双体船(SmallWaterplaneAreaTwinHull,SWATH)是一种耐波性能优良的高性能船舶,它拥有宽敞的甲板面积,中高速下阻力小,能够完成多种任务以及满足各种航海要求等优点,受到各国广泛关注。由于SWATH船的水线面面积较小,船体的纵向恢复力矩相应减小。随着航行速度的增加,作用在下潜体上的孟克(Munk)力矩会快速增加,导致船体容易发生纵向运动失稳。目前,解决这个问题的主要方法是在SWATH船的下潜体内侧安装合适尺寸的稳定鳍。安装合适稳定鳍的SWATH船在海浪中具有较好的运动性能,但是为了满足一些特殊作业平台和舒适乘坐要求,对鳍采用一定的控制方法来进一步改善SWATH船的纵向运动性能是必要的。本文回顾了SWATH船的结构特点及其发展现状,介绍了定量反馈理论(QuantitativeFeedbackTheory,QFT)的基本原理,给出了QFT控制系统设计方法的一般特点以及设计过程。考虑到实际的SWATH船纵向运动系统是典型的多变量、非线性、耦合系统,且存在参数不确定性和外部扰动,本文基于QFT对其进行了纵向运动控制研究,设计了QFT对角控制器和QFT非对角控制器。由于QFT方法将对象的不确定性、外部干扰等转化为系统的某些性能指标要求,从而所设计的控制器具有较好的鲁棒性。在5级模拟海况下,对不同航速时的某型号SWATH船纵向运动模型进行控制仿真,仿真同时考虑执行机构的影响。在加入控制器后,不同航速下SWATH船的垂荡运动和纵摇运动都能得到很好的抑制,SWATH船的纵向运动性能明显改善。仿真结果表明设计的控制器对模型的不确定性和外部扰动具有较好的鲁棒性和适应能力。
【作者】叶志洲；
【导师】孙洪飞；
【作者基本信息】厦门大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】小水线面双体船；定量反馈理论；QFT对角控制器；QFT非对角控制器；

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