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船舶在海面上航行或港口码头作业时,在风、浪、载荷扰动等因素作用下,产生横摇或横倾运动。剧烈的横摇或横倾运动会严重影响船舶的适航性、安全性并降低经济效益。减摇与抗横倾组合系统是由减摇水舱和抗横倾系统组成的船舶综合平衡装置,满足了船舶减摇和抗横倾功能的综合需求。本文重点研究建立船舶减摇与抗横倾组合系统横摇与横倾运动非线性数学模型,以及减摇与抗横倾组合系统Backstepping滑模控制。论文的主要研究内容包括以下几点:(1)基于随机海浪的谱密度理论,建立了海浪扰动的数学模型,并对不同海情下长峰波随机海浪波幅及力矩进行了仿真研究;基于重心移动定理,建立了载荷水平横移及不对称装卸引起的载荷扰动数学模型,并进行了力矩仿真研究。(2)基于船舶运动的静力学与动力学理论,考虑海浪扰动和载荷扰动条件下船舶横摇与横倾运动的非线性特点,建立了船舶横摇与横倾运动的非线性数学模型。基于某集装箱船参数,针对不同海况和工况下的扰动类型,分别进行了船舶横摇和横倾运动仿真,验证了所建立数学模型的正确性。(3)针对船舶横摇与横倾运动中的非线性因素,结合Backstepping方法的系统设计结构化特点和滑模变结构控制(SMC)方法的对扰动和对象参数变化不灵敏特性,设计了减摇与抗横倾组合系统Backstepping滑模变结构控制器。(4)针对海浪扰动和载荷扰动的不确定性,将自适应控制与Backstepping滑模变结构控制器相结合,设计了自适应Backstepping滑模控制器,使得控制器的设计不依赖扰动的上界。(5)针对上述控制器的设计对船舶横摇与横倾运动数学模型依赖性较强,将RBF神经网络(RBFNN)的万能逼近特性与自适应Backstepping滑模控制器相结合,设计了RBFNN自适应Backstepping滑模控制器,使得控制器的设计不依赖被控对象精确的数学模型。论文针对上述设计的Backstepping滑模控制器及改进方案,在不同海况和工况下进行了船舶减摇和抗横倾仿真研究,结果表明所设计的控制器具有较强的鲁棒性、自适应性,减摇和抗横倾效果良好。