减摇鳍系统自适应反演滑模控制的研究

摘要

当船舶航行在海面上时，由于风、浪、流等海洋环境扰动因素的影响，船舶在外力作用下，将产生各种摇荡，其中横摇运动对船舶的危害最大，减摇鳍是目前应用最为广泛的一种主动式减摇装置。当海面上出现高海情大风浪的情况时，船舶横摇运动的非线性因素的影响将会越来越突出，论文模拟了高海情下船舶的非线性横摇运动，同时讨论了对船舶及其控制系统造成干扰的随机海浪扰动模型，对工程广泛应用的长峰波随机海浪进行仿真，在此基础上，尝试运用鲁棒性强的滑模控制算法控制系统，分析滑模控制存在的抖振现象和不确定参数的上下界问题，针对船舶减摇鳍系统的不确定性非线性，结合反演控制和滑模控制的优点并引入自适应控制，在不同高海情下对系统进行对比仿真研究。论文主要的研究内容和创新点包括：
　　 ①船舶在外力作用下产生横摇运动时对船舶进行受力分析，建立其线性横摇运动模型，考虑非线性因素的影响建立了非线性横摇运动模型。
　　 ②研究随机海浪仿真方法，对基于谱分析的二维不规则长峰波随机海浪在不同航速、不同浪向角情况下进行仿真。
　　 ③针对船舶减摇鳍不确定非线性系统，设计自适应反演滑模控制改善滑模控制存在的抖振和不确定参数上下界未知的问题，分别对滑模控制和自适应反演滑模控制进行仿真和对比研究，统计结果表明自适应反演滑模控制响应速度快、具有更好的鲁棒性和控制精度，各种海情下的控制效果都有不同程度的提高。
　　 ④利用Matlab对减摇鳍关键技术系统的实际操作界面进行模拟，搭建出仿真用户界面，使系统的操作功能一目了然，同时可以直观获取并验证算法效果。