张显库,曹添

• 1:大连海事大学航海学院

摘要(Abstract)：

【目的】研究船舶在实现良好减纵摇控制效果的前提下进一步减小能量损耗，并在产生摄动时，能继续保持良好的鲁棒性能。【方法】以大连海事大学育鲲轮的纵摇运动数学模型为研究对象，建立多输入多输出（MIMO）不稳定控制系统，对其具有不稳定零极点的传递函数数学模型使用根轨迹成形技术，以及引用数学工具加权矩阵将其根轨迹拉到左半平面，以成形后的模型用一阶闭环增益成形算法设计鲁棒控制器，使用反正切函数驱动的非线性反馈代替原有的误差反馈得到最终控制律。【结果与结论】仿真结果表明，在船舶模型产生摄动时，非线性反馈控制改进船舶的升沉和纵摇，控制能量大幅减少、对模型干扰具有鲁棒性能。所设计控制器具有较好的减纵摇与节能效果。

关键词(KeyWords)： 非线性反馈;MIMO不稳定控制系统;鲁棒控制器;减纵摇;节能

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金项目（51679024）;; 大连市重点领域创新团队支持计划项目（2020RT08）;; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（3132021139）

作者(Author): 张显库,曹添

参考文献(References)：

• [1]张显库,韩旭.大型油轮艏摇混沌现象的仿真与滑模控制[J].上海交通大学学报, 2021, 55(1):40-47.
• [2] ISLAM M M, SIFFAT S A, AHMAD I, et al. Robust integral backstepping and terminal synergetic control of course keeping for ships[J]. Ocean Engineering, 2021, 221:108532.
• [3]李荣辉,陈志娟,李宗宣,等.基于欧拉迭代模型预测的欠驱动水面船舶路径跟踪控制[J].广东海洋大学学报,2020, 40(1):104-110.
• [4]涂建军,何汉林.反步鲁棒镇定及其在舵减横摇中的应用[J].华中科技大学学报(自然科学版), 2012, 40(7):19-23.
• [5]孙一方,宗智,姜宜辰.船舶在波浪上纵向运动与控制研究综述[J].中国舰船研究, 2020, 15(1):1-12.
• [6]胡波,沈继红,李大龙,等.船舶纵摇-升沉运动系统的解耦[J].华中科技大学学报(自然科学版), 2011, 39(11):112-115.
• [7]张婷,王志明,王培良.基于改进小波神经网络的集装箱船纵摇角度预测[J].广东海洋大学学报, 2022, 42(3):117-121.
• [8]徐东星.改进天牛群搜索算法及其在船舶纵摇运动预测中的应用[J].广东海洋大学学报, 2021, 41(3):113-122.
• [9] RAJESH REGURAM B, SURENDRAN S, LEE S K.Application of fin system to reduce pitch motion[J]. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering,2016, 8(4):409-421.
• [10] ZONG Z, SUN Y F, JIANG Y C. Experimental study of controlled T-foil for vertical acceleration reduction of a trimaran[J]. Journal of Marine Science and Technology,2019, 24(2):553-564.
• [11] HUANG L M, HAN Y, DUAN W Y, et al. Numerical and experimental studies on a predictive control approach for pitch stabilization in heading waves[J]. Ocean Engineering,2018, 169:388-400.
• [12] DAEHAN L, SANGGI K, JONGYEOL P, et al. An experimental analysis of active pitch control for an assault amphibious vehicle considering waterjet-hydrofoil interaction effect[J]. Journal of Marine Science and Engineering,2021, 9(8):894.
• [13] NANDY S, JOSEPH P J, NAGARAJAN V, et al. PID-type controller for marine cycloidal propeller:a simulation study[J]. Journal of Marine Science and Technology, 2020,25(1):111-137.
• [14] LEE S D, CUONG T N, XU X, et al. Suppression of coupled pitch-roll motions using quasi-sliding mode control[J]. Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety, 2021, 27(2):211-218.
• [15] CAO J H, ZHANG X K, YANG G P, et al. Robust control of pressure for LNG carrier cargo handling system via mirrormapping approach[J]. Complexity, 2018, 2018:1-11.
• [16] ZHANG G Q, TIAN B J, ZHANG W D, et al. Optimized robust control for industrial unstable process via the mirrormapping method[J]. ISA Transactions, 2019, 86:9-17.
• [17] ZHANG G Q, ZHANG X K, GUAN W. Stability analysis and design of integrating unstable delay processes using the mirror-mapping technique[J]. Journal of Process Control,2014, 24(7):1038-1045.
• [18]张显库.基于非线性反馈的水翼艇纵向运动鲁棒控制[J].中国航海, 2016, 39(1):60-63.
• [19] WANG H D, QIAN P, LIANG X F, et al. Vertical plane motion control of an S-SWATH vehicle with flapping foil stabilisers sailing in waves[J]. Ocean Engineering, 2016,121:184-195.