一、船舶舵减纵摇控制方法研究（论文文献综述）
田涛[1]（2021）在《基于鲁棒最优控制的舵减摇控制系统研究》文中指出
王丽元[2]（2019）在《船舶纵浪航行非线性随机运动响应预报方法研究》文中研究指明船舶在波浪中的运动响应及其控制一直是船舶工程领域的前沿和热点课题,它对于保证船舶在航行状态的安全具有非常重要的意义。船舶在波浪中的运动响应与船舶的稳性及是否发生倾覆密切相关。到目前为止,已经针对船舶在横风横浪中的稳性取得了大量而深入的研究成果。但是,通过对大量船舶海难事故的统计与分析,即使船舶的设计生产过程完全满足国内和国际的稳性规范和标准,在纵浪或斜浪中航行的船舶也可能会发生大幅度的横摇运动,甚至导致倾覆事故的发生。随着第二代完整稳性的提出,船舶纵浪中航行的动力特性研究与控制,已经成为世界范围内的研究热点。本文基于第二代完整稳性衡准,主要采用非线性随机动力学的方法研究船舶的参数横摇运动和骑浪横甩运动,研究船舶在随机波浪中的参数横摇运动的概率密度函数和极值分布,研究如何减小船舶的参数横摇运动,通过船模试验验证舵减摇对减小参数横摇的有效性,以及不同参数对舵减摇的影响,同时研究不同的减摇鳍控制方式对参数横摇的影响,以及波群和畸形波作用下船舶的参数横摇运动。本文的研究工作,揭示了船舶不同失效模式产生的机理,提出了可行的控制船舶运动的方法。本文研究对于保证船舶波浪中的航行安全,提高船舶的设计水平和设计衡准,具有重要的理论意义和工程价值。本文主要研究内容和结论如下:（1）随机波浪作用下的船舶参数横摇运动概率密度研究。建立船舶参数横摇运动微分方程,利用随机平均法研究参数横摇运动响应的稳态概率密度函数。开发可以计算船舶参数横摇运动的概率密度函数的计算程序。研究结果表明在随机波浪作用下,迎浪比随浪更容易激发大幅参数激励横摇运动,艏斜浪相比于尾斜浪更加危险。随着航向角的增加,波浪强迫激励是发生大角度横摇的主要原因。特征波长一定,随着航速增加,横摇角超过某一角度的范围变小。（2）改进的PID减摇鳍控制系统研究。减摇鳍可以有效地降低船舶的横摇,但关于减摇鳍控制方式对减摇效果的影响的研究很少。由此,本文基于神经网络算法优化传统的减摇鳍PID控制系统,开发SIMULINK仿真计算程序,研究改进的减摇鳍控制系统以适应船舶的非线性环境载荷及非线性参数横摇运动。研究结果表明,对于船舶非线性参数横摇运动,改进的PID控制系统要优于传统的PID控制系统,在随机波浪中表现良好,可以使船舶的横摇角度变小,提高了减摇鳍的减摇效果。（3）特殊波列作用下的船舶参数横摇运动研究,包括随机波群和畸形波作用下的船舶参数横摇运动研究。船舶参数横摇运动是一个缓慢生成过程,受波浪有效作用时长影响。因此,研究舰船在波群中的参数横摇十分重要。用群高和群长特性参数来表征随机波群的高度特征和长度特征。本研究开发了随机波群作用下的船舶参数横摇模拟计算系统,可以用于评估波群参数对参数横摇的影响。研究表明,群长参数增加,随机波浪包含更多的连续高波,相对群高参数,群长参数对参数横摇影响更明显。采用相位角调制法模拟了畸形波,研究畸形波下的单自由度船舶参数横摇运动。研究结果表明,采用相位调制法可以在相应的时间上模拟出畸形波,虽然波高会显着增大,但是对于航行中的船舶,其波浪力和遭遇频率相关,所以对于畸形波而言,其最大横摇角对于正常波列下的横摇角有升高,但是并不一定发生在波高最大的时刻。（4）建立船舶在随机纵浪中的一自由度纵荡运动方程,采用随机梅林科夫解析方法求解船舶的骑浪概率,同时进行参数敏感性分析。通过计算分析,骑浪概率随着有义波高的增加而增加,随着波浪特征周期的增大而减小,随着螺旋桨转速的增大而增大。减小骑浪概率的有效措施为降低螺旋桨转速,进而降低船舶的速度使船速尽可能远离波速范围。（5）基于累积艏摇原理,建立随机波浪中船舶横甩运动模型,通过船舶单自由度艏摇运动响应方程来模拟船舶的艏摇运动,采用随机平均法求解艏摇运动的稳态概率密度函数及概率分布函数。研究不同参数对船舶横甩运动的影响,研究结果表明:横甩运动随着有义波高的增加而增加,随着特征周期的增加而增加。（6）参数横摇的舵减摇分析模型试验研究。模型试验是研究船舶水动力耐波性和操纵性能的重要手段,本文基于模型试验,验证舵减摇效果,同时研究相关参数对舵减摇效果的影响,其中包括:舵控制参数、舵减摇模块开启的时刻、最大舵角、航速以及载荷参数如波长等,为船舶舵减摇提供依据和参考。研究表明,随着航速的增加,船舶在静水中的横摇阻尼系数随之增大。当遭遇频率与横摇固有频率的比值在等于2附近时,船舶在迎浪的情况下,发生了大幅横摇,观测到了参数横摇现象。船舶发生大幅参数横摇运动时,开启舵减摇模块,可以减小船舶的参数横摇运动。同时,在船舶参数横摇运动发生的初期,开启舵减摇模块,同时使舵的转角和控制参数尽可能的大,可以得到更好的减摇效果。
金仲佳[3]（2020）在《船舶远洋安全航行运动姿态控制技术研究》文中指出大型船舶作为十分重要的远洋运载、作业平台,确保其在远洋复杂海况下的航行安全性极为重要。因此,对安全航行姿态（横摇/艏向）实施主动控制具有显着的现实意义,而重心较高的大型集装箱船对远洋安全航行姿态控制系统的自适应性、鲁棒性要求更为苛刻。本文瞄准国际先进控制技术发展前沿,针对船舶大幅横摇、艏向和横摇-艏向的非线性姿态控制问题研究建立运动姿态控制方案和策略,进一步提升大型船舶远洋航行能力和安全性。首先,论文阐述了相关船舶运动姿态控制发展概况、控制理论研究进展以及论文总体研究思路;根据控制力、水动力和环境干扰力等作用力叠加的方法,建立船舶横向四自由度非线性耦合运动模型;同时,考虑船体边界层影响估算鳍面积并开展带鳍阻力试验不确定度评估验证;并根据一阶波浪干扰力/力矩的切片计算和功率谱加权平均等手段,给出了不规则波浪干扰力/力矩仿真结果;此外,通过合理化假设,建立恒定航速下的仿射非线性船舶横向运动控制模型并进行自由运动稳定性分析。其次,针对远洋安全航行大幅非线性横摇运动中的减摇控制问题,提出基于非线性干扰观测的指令滤波反演横摇控制和预设性能积分滑模改进控制方法等策略。引入非线性干扰观测器以观测波浪干扰,在带非线性干扰观测器（Nonlinear Disturbance Observer,NDO）的非线性横摇模型上设计反演控制器,并串联限幅指令滤波,避免了传统反演控制固有的“微分计算膨胀”问题,设计出基于非线性干扰观测器的指令滤波反演控制器（Nonlinear Disturbance Observer based Command-Filtered Backstepping Control,NDOCBC）;另外,在NDOCBC方法的基础上,引入预设性能控制（Prescribed Performance Control,PPC）,将虚拟控制量限制在预设性能函数的“预设”范围内,结合滑模控制和自适应技术,提出预设性能积分滑模改进控制方案,进一步消除估计误差和提高鲁棒性。仿真表明,该控制方案避免了突变大风浪下因鳍角饱和限幅导致的减摇效果变差的问题,使船舶横摇控制性能平滑,兼顾了控制精度和控制可靠性。接着,针对船舶远洋安全航行中航向（艏向）控制问题,提出一种基于径向基函数（Radial Basis Function,RBF）神经网络的离散指令滤波反演控制方法。在多自由度耦合运动方程中关于艏向控制部分的复杂非线性项用非线性函数统一表示,使用RBF神经网络对该非线性函数进行整体逼近;同时通过状态重构途径设计状态观测器,对RBF权重实现自适应估计;最后基于RBF模型参数的估计信息进行离散指令滤波反演控制器的设计,同时设计补偿器对滤波误差进行准确及时的补偿,避免了因离散指令滤波误差导致的控制精度受损的问题。论文提出的基于RBF神经网络和状态观测估计的离散指令滤波反演控制方法,满足实时性要求,可显着提高艏向控制系统的精度、鲁棒性和自适应性,具有较强的实用价值。然后,针对远洋安全航行船舶舵鳍联合横摇/艏向控制问题,提出一种基于扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）的多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）非线性自适应比例-积分-微分（Adaptive Proportional-Integral-Derivative,APID）控制策略。对舵鳍联合横摇/艏向控制系统动力学进行分析,将控制模型由横荡/横摇/艏摇（艏向）三自由度转变为横摇/艏摇（艏向）二自由度方程;针对简化的模型进行反馈线性化可解证明,并利用反馈线性化方法得到伪线性化系统并进行解耦;在存在的外部波浪干扰和模型参数不确定的情况下,设计基于ESO的自适应PID伪控制器。该控制器中,非线性ESO实现解耦线性化系统状态和复合干扰的估计,用以降低自适应PID伪控制器中切换函数的增益设定,从而有效抑制控制输入抖振。所提出的方法可实现船舶横摇-艏向舵鳍联合系统非线性解耦控制,并保证系统的鲁棒性和抗干扰能力。最后,针对大型船舶远洋安全航行综合控制性能优化和控制输入可靠性需求,提出一种受输入约束的H∞型鲁棒模型预测控制技术（H∞-type Input Constrainted Model Predictive Control,H∞-ICMPC）。考虑了实际减摇鳍系统的延迟约束,提出基于自回归（Auto Regression,AR）模型的渐消记忆递推最小二乘法（Fading Memory Recursive Least Squares,FMRLS）预测横摇角,用于控制器的设计;结合模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）多变量和约束处理能力,引入H∞型成本函数,实现带干扰的实际系统的性能优化,提高闭环稳定性和抗干扰能力;设计舵鳍联合横摇-艏向状态反馈控制器,并化作不等式处理,同时显式地处理执行器舵、鳍约束,使得控制器的动作趋于平滑,进而减少了执行器能耗并增强其动作可靠性。仿真表明了所提出方法的先进性和有效性,另外,对舵减摇（Rudder-Roll Damping,RRD）控制系统和参数摄动不确定系统,也能取得较好的控制效果,具有较强的鲁棒性。
陈缘[4]（2019）在《基于能量优化的近水面机器人摇摆滑模控制研究》文中指出海洋工程中水下机器人由于受到自身特性和所处环境的限制,执行任务时航速大部分为中低速,因此对水下机器人进行零低速行驶下的研究是很有必要的。需要知道的是近水面的海洋环境因素相对变化多端且难以分析,这将导致水下机器人产生激烈的六自由度运动。无论水下机器人应用于什么任务,环境干扰都将对其任务的顺利完成造成阻碍,甚至导致任务失败,最恶劣的情况下造成水下机器人的报废也不无可能。为了设计出针对水下机器人在近水面受海浪干扰影响产生横摇运动和纵摇运动的有效控制策略,选择了研究对象“NPS AUV II”型水下机器人,对水下机器人的六自由度运动方程和外形进行适当的简化,还根据受力表达式推算出了水下机器人所遭受到的海浪干扰力和干扰力矩。其次,为赋予近水面零低速行驶的水下机器人主动抵抗海浪造成的干扰的能力,选择的水下机器人自主减摇的执行机构为基于零航速减摇鳍工作原理的水平舵,并确定了水平舵的升力模型,设计了水平舵的操纵方式,分析计算出了水平舵所产生的横摇扶正力矩和纵摇扶正力矩。然后,根据滑模变结构控制的原理、特性以及相关应用的效果分析,选择以趋近律的方式作为应对抖振现象的方法,设计了减抖振效果优良的改进型快速双幂次趋近律,基于已建立的AUV六自由度模型、水平舵模型与采用的趋近律,设计出水下机器人的滑模变结构控制综合减摇系统。选择所处深度和遭遇角作为控制变量,对受扰产生的横摇运动和纵摇运动进行了仿真,仿真结果显示出控制策略的有效性。最后,考虑到AUV的供能来源铅酸电池的电量是有限的,为了能延长AUV的工作时间,必然需要实现综合减摇系统的能量优化,尽量减少不必要的能量损耗。根据水平舵的特性,选择以舵角作为能量优化的控制目标,了解到舵机执行器饱和现象不仅会造成额外的能量损耗,还会降低系统的工作性能,根据一般抗饱和补偿器进行了减摇系统的抗饱和补偿设计,实现了对舵角的抗饱和控制。在消除了饱和现象之后,采用了广义预测控制算法,通过合理的性能指标选择,降低了能量损耗。在保证减摇效率不过度降低的前提下,实现了被控系统的良好工作性能以及能量的优化。
牛雨蒙[5]（2019）在《船舶桨舵鳍联合控制方法研究》文中提出在对船舶的研究中,航向控制、航速控制与减摇控制都是船舶控制领域中非常重要的部分。船舶航行在海洋中时,必须要求它能够按照预设的航向与航速航行,船舶的航向控制与航速控制关系到航行时的安全性与经济性。除此之外,海上发生的事故与灾难很多都与船舶的横摇有关,这不仅造成了严重的人员伤亡,同时也会造成巨大的经济损失。本文研究的船舶中安装了螺旋桨、舵和减摇鳍三种控制装置。螺旋桨是船舶运动的动力,主要为船舶提供一个向前推进的力;舵主要是通过改变舵角的大小使船舶在直航时始终保持预设的航向;减摇鳍是目前效果最好的减摇装置,它通过调节鳍角产生不同大小的升力从而减小横摇。船舶在海上航行的过程中,对船舶的操纵其实也就是对这三种控制装置的操纵,所以对这三种装置控制系统的设计是十分重要的。除此之外,由于能源的日渐减少,船舶航行中消耗的能量也需要考虑。本文研究的就是桨、舵、鳍三种控制装置的联合控制,使船舶保持优良的航行性能并尽量减小控制装置的能量消耗。本文首先使用MMG方法建立了船舶纵荡-横荡-横摇-艏摇四自由度运动模型,求出了未安装控制装置时裸船体受到的水动力和力矩,又分别求出了螺旋桨、舵和减摇鳍三种控制装置对船体产生的力和力矩。除此之外,由于船舶航行时会受到环境的干扰,又求出了海浪扰动对船舶四个自由度产生的力和力矩,并通过在不同海情时对其进行仿真,分析了海浪对船舶航速、航向和横摇的影响。为了克服海浪对船舶航行过程中航速、航行及横摇的影响,本文设计了两种不同的控制器对螺旋桨、舵和减摇鳍进行控制,这两种控制器分别为PID控制器及LQR最优控制器。其中PID控制器是对桨、舵、鳍分别进行控制,使它们分别控制船舶的航速、航向与横摇;LQR最优控制器使桨、舵、鳍共同控制船舶的航速、航向与横摇,并在三种不同浪向角的情况下进行仿真。仿真结果表明,与PID控制相比,LQR联合控制可以在保证船舶航行时性能的同时,大大的减小能量消耗。由于在使用LQR控制器时是凭借经验对加权矩阵Q和R进行选择,这会耗费大量的时间与精力,并且在不同的海情时,不能及时调整控制器的参数,这使控制器并不能保证在不同的海情下都使性能指标达到最优。所以本文又使用了遗传算法对LQR的加权矩阵进行优化,仿真结果显示,使用遗传算法优化后,系统的控制性能得到改善,同时基本可以保持同等的能量消耗。
赵朋[6]（2019）在《舰船回转中减横倾/横摇控制方法研究》文中认为随着陆上资源的消耗,各国愈发重视对海洋资源的开发利用,海上航行船舶的密度大幅增加,从而对船舶操纵性性提出了更高的要求。回转性是船舶操纵性的重要组成部分,反映船舶改变其运动状态的性能,与船舶航行安全息息相关。然而,由于船舶回转的过程中也伴随着一定的横摇和横倾,使得回转操纵过程中也需要考虑耐波性的问题。对于高速大舵角下回转的舰船来说,即使在静水中也会产生较大的横倾。若此时受到海浪等干扰,则会在横倾的基础上产生较大的横摇,严重影响舰上人员的正常工作、威胁船舶安全。因此,研究船舶回转过程中的耐波性问题,利用已有的减摇控制装置,设计合理控制策略来减小船舶回转过程中的横倾和横摇,对提升船舶回转操纵过程中的安全性具有重要的现实意义和应用价值。首先,论文以一艘多用途舰船为仿真研究对象,利用MMG方法建立了其四自由度非线性耦合运动模型。通过静水条件下的回转运动仿真,详细讨论和分析了初始航速、回转舵角以及转舵速度对舰船回转特性的影响,验证了所建模型的适用性。经进一步的仿真对比分析,得到了海浪干扰下舰船回转运动的特点,为后续研究奠定了基础。其次,研究了舰船高速大舵角回转中减摇鳍减横倾/横摇控制方法。通过对静态鳍角作用下回转运动的仿真分析,发现减摇鳍对回转外倾和回转直径有着相反的作用。在此基础上,划分了限制水域和开阔水域两种回转工况,给出了考虑鳍角航速调节的减摇鳍回转控制原理。经分析建立了鳍减回转横倾/横摇的控制系统模型,针对系统具有受扰、不确定和非线性的特点,设计了基于L2-增益的鳍减回转横倾/横摇自适应鲁棒控制器,经仿真表明所设计的控制器对由回转速降等引起的不确定以及内外干扰都有较好的鲁棒性能。在此基础上,提出了采用非线性干扰观测器来实现对系统不确定和干扰的观测估计,并从理论上验证了控制系统稳定性,经仿真表明干扰补偿的加入提高了系统的控制性能,以较小的鳍动作实现了更好的控制效果。针对海浪干扰对回转特性的影响,提出了基于横倾补偿的减摇鳍回转控制策略,经仿真表明该方法也可以有效地减小舰船回转过程中的横倾和横摇,但其减摇效果不如前两种控制方法。再次,研究了在舰船回转中的舵减摇控制方法。通过在静态回转舵角基础上叠加不同幅值和频率的动态舵角,发现动态舵运动可以在基本不影响船舶回转特性的同时,使船在静水横倾的基础上产生一定的横摇。考虑到减摇能力可以由生摇能力来反映,经进一步分析给出了回转过程中舵减横摇控制原理。在此基础上,建立了回转舵减横摇控制系统模型。针对该受扰不确定非线性系统,设计了基于反演的自适应滑模舵减横摇控制器,经仿真表明所设计的控制器可以有效地减小船舶回转过程中由海浪干扰引起的横摇运动。针对舵减摇不能减小船舶初始回转内倾的问题,在考虑转舵速度对回转特性影响的基础上,提出了低舵速转舵以及高舵速减摇的变舵速舵减摇回转控制策略,经仿真验证了所提方法的有效性。但由于转舵速度对初始内倾和进距的作用相反,使得利用低舵速减小船舶初始回转内倾的同时,也会使进距有一定的增大。之后,研究了舰船高速大舵角回转中舵鳍联合减横倾/横摇控制方法。由于减摇鳍和舵都可以减小船舶回转中由海浪干扰引起的横摇,这就不可避免的产生了回转过程中舵鳍联合控制的问题。综合考虑舵和减摇鳍对船舶回转特性的影响,提出了鳍减横倾+舵减横摇以及鳍减横倾/横摇+舵减横摇两种舵鳍联合控制方法,经仿真表明两种控制方法均可以有效地减小舰船回转过程中的横倾和横摇,其中以鳍减横倾/横摇+舵减横摇联合控制方法更为有效。相比于单独的鳍减横倾/横摇控制以及舵减横摇控制,舵鳍联合控制在提高减摇效果的同时,有效地降低了减摇鳍和舵的控制动作,具有更好的控制效果。最后,通过自航模试验对所提控制方法和策略进行验证分析。在项目资金的支撑下,建造了某型舰船的缩尺比自航模型,给出了自航模硬件系统和软件系统的设计。完成自航模系统的陆上联调之后,按照试验大纲进行了自航模试验。在完成静水自由横摇衰减试验、直航生摇试验以及回转试验的基础上,对后续减摇试验流程进行了优化设计,进行了综合直航和回转工况下舵、减摇鳍以及舵鳍联合控制试验。试验结果表明,无论是直航还是回转工况下,舵鳍联合控制下的减摇效果高于单独的鳍减摇控制,而单独的舵减摇控制的效果相对最差,与理论仿真分析结果一致。但试验过程中发现鳍减回转横倾的效果较差,低于预期,但总体趋势基本和理论仿真结果具有一致性。虽然有不足,但初期的自航模试验基本上达到了预期,初步验证了前期理论仿真研究成果。
姚恺涵,尤方骏,张帅,肖晶晶[7]（2019）在《船舶减摇装置的发展现状与趋势》文中提出针对船舶在波浪中运动的不同自由度,从减摇机理出发梳理了减摇装置的发展脉络,指明其兴起及发展原因,在综述船舶单自由度减摇装置的基础上,对近年来出现的船舶多自由度减摇装置进行介绍,并阐述船舶减摇领域的关键技术,对今后船舶减摇装置的发展趋势进行预测。
蒋昌师,凌伟[8]（2018）在《船舶减摇技术研究进展》文中研究表明综述船舶常用减摇装置包括舭龙骨减摇鳍、减摇水舱、舵减摇等的研究现状,及近年来出现的新型减摇装置,包括零航速减摇鳍、舵鳍联合减摇、舱鳍联合减摇、Magnus效应回转轴减摇、减纵摇、船舶姿态控制系统等,并对未来的新型减摇装置进行了预测。
王世凯[9]（2019）在《近水面AUV运动及综合减摇控制策略研究》文中研究指明近现代以来,人类对于海洋的研究和海域的防卫程度都在不断加大。作为海洋高科技研究成果的重要组成部分自治水下航行器（AUV,Autonomous underwatervehicle）在军事和其他各领域都有重要的价值。因其工作环境复杂且多变,实现AUV的运动控制成为十分有价值的研究课题。本文通过研究滑模控制理论、李亚普诺夫稳定性理论和智能自适应控制相关理论,结合欠驱动AUV在近水面的运动规律,针对欠驱动AUV水平面轨迹跟踪控制中的非完整约束、模型中的耦合性和非线性、海流干扰、跟踪精度等问题进行了深入的研究,基于终端滑模控制方法对欠驱动AUV轨迹跟踪进行有效控制,对控制系统取得良好的跟踪效果有重要意义;另外针对近水面AUV航行时产生的纵摇和横摇问题,分析了 AUV的动态阻力模型,从具有非最小相位特性的舵减摇系统模型入手,将自适应控制方法、反馈线性化方法、非线性滑模控制方法相结合研究AUV能量优化的新型减摇综合控制策略,旨在提高AUV的减摇效率和AUV运动系统的动态品质。具体研究工作如下:1.定义了 AUV的地面坐标系和船体坐标系,并完成了地面坐标系向船体坐标系的转换。建立了欠驱动AUV的水平面运动学模型和动力学模型,并分析了该模型中的非线性与耦合性、欠驱动性和外界干扰等对控制器的影响。建立了基于参量优化的近水面时AUV在垂直面内的纵倾运动模型,并以纵摇角、垂荡位移等为约束目标,分析近水面AUV所受波浪力和力矩及其阻力。2.为了提高欠驱动AUV的水平面轨迹跟踪精确性和鲁棒性,设计了基于非线性终端滑模的轨迹跟踪控制器。所提控制方案的目的是在保证跟踪精度的同时,有效的增强AUV平面轨迹跟踪时横荡方向的抗干扰性能。分别对位置和姿态的两个闭环回路设计了不同的轨迹跟踪控制器,并基于Lyapunov稳定性理论对该控制系统的稳定性进行了有效的分析论证,保证了在时变干扰下的AUV水平面的精确控制。3.以AUV在近水面运动航行为工程背景,对AUV俯仰运动的动态阻力模型进行深入的研究,进而研究有关俯仰角、俯仰位移和驱动能量作为综合指标的俯仰运动动态控制模型,提出考虑动态阻力影响下的AUV纵摇抑制策略,并分别基于LQR方法、自适应滑模和非线性自适应模糊滑模等控制方法对所提出的问题设计不同的控制器,旨在优化AUV在近水面航行时由俯仰运动引起的阻力增大问题,实现能量优化的续航控制。4.针对多数未考虑减摇装置自身存在的非线性,因而导致减摇率并不够高的问题,本文在考虑减摇装置非线性的工况下建立从舵到横摇角的非最小相位非线性AUV模型;然后将反馈线性化与非线性模糊滑模控制方法相结合,基于稳定性理论的反演推导,提出一种能够有效同步控制航向和减横摇的舵减摇控制方法,旨在提高AUV运动闭环系统的稳定性和鲁棒性。本文中控制方法的稳定性均采用Lyapunov稳定性理论加以证明。本文研究理论对于近水面运动时AUV安全、可靠的完成任务使命,具有重要的工程实用价值。
韩阳[10]（2017）在《基于水动力在线预报的舰船减纵—横摇方法研究》文中研究说明舰船在海上航行时,由于受到风、浪等因素的影响,会不断产生摇荡运动,对舰船海上作业各项性能产生不利影响。舰船运动控制对提高舰船的安全性、舒适性和作业能力等具有重要意义。因而,舰船运动控制一直是舰船耐波性研究的热点。针对传统减摇控制方法（如PID控制算法）存在自适应性较差、控制参数需要人为调整设定、水动力估计模型不完善等问题,研究提出一种基于舰船水动力在线预报的减摇控制方法。核心思想是通过一种自适应的波浪效应自回归（Wave Effects based Auto-regressive,WEAR）模型预测舰船运动参数,然后基于动平衡思想,对遭遇的波浪干扰力矩进行实时估计,以此作为舰船减摇控制的依据。水动力估计模型中考虑了纵摇-垂荡运动耦合及舰船运动流体记忆效应两个方面的影响,流场记忆效应通过脉冲响应函数来表达。针对安装两对减摇鳍的舰船,研究基于船舶运动基本理论和舰船水动力在线预报模型,分别给出了针对舰船横摇运动控制、纵摇运动控制和减纵-横摇控制的算法。并通过数值仿真、水池试验验证该控制方法在舰船纵摇运动控制和减纵-横摇控制中的可行性。同时,数值仿真和试验结果也给出了该方法的减摇控制性能。首先,论文开展了舰船在波浪中的大幅运动预报研究。准确的舰船水动力预报是优化舰船设计性能的关键,也是舰船运动控制的基础。针对舰船的纵-横摇运动控制数值模拟中,对计算效率要求较高,同时兼顾到大幅运动引起的非线性,本文在考虑大幅运动物面非线性的基础上,对现有船舶时域运动预报方法开展系统研究。舰船运动响应时域预报模型中,入射波浪力和静水恢复力考虑物面非线性,在船体瞬时湿表面上积分。辐射力和绕射力基于舰船运动频域水动力系数经傅里叶变换后得到的辐射和绕射脉冲响应函数进行计算,并采用一致性方法处理。在此基础上,为进一步提高该方法对非线性舰船运动响应的预报精度,研究对辐射力预报中的物面处理方法及其包含的各个水动力系数成分对预报精度的贡献进行系统分析,针对高速水面舰船水动力预报问题给出了一种改善的计及辐射力非线性的大幅运动预报方法,并进行了验证分析。结果表明,这种改善的非线性运动预报方法具有更高的预报精度。其次,舰船摇荡运动控制中,舰船遭遇的波浪干扰力矩实时估计是控制算法的核心。针对波浪干扰力矩的实时估计问题,研究提出了一种基于自适应波浪效应自回归（WEAR）模型和动平衡思想的舰船水动力在线预报方法。该方法采用WEAR模型对舰船运动参数进行在线预报,基于预报的舰船运动参数对舰船遭遇的水动力进行估计。而在水动力在线估计中,该方法采用了动平衡思想结合脉冲响应函数方法,在水动力预报模型中考虑了纵摇-垂荡运动耦合及舰船运动流体记忆效应两个方面的影响。而水动力在线预报结果方面,基于某豪华游轮的数值结果表明,无论是在五级海况,还是在六级海况下,本研究提出的基于自适应WEAR模型结合动平衡思想的舰船水动力在线预报方法是可行的,纵摇、横摇力矩的预报结果具有较高的预报精度。再次,针对安装两对减摇鳍的水面舰船的减摇问题,本文提出了一种基于舰船水动力在线预报的减摇控制方法,实现对舰船的纵摇控制、横摇控制和减纵-横摇控制。该方法基于动平衡思想通过WEAR模型预测的舰船运动参数和舰船水动力预报模型对遭遇的波浪干扰力矩进行实时预报,以此作为舰船减摇运动控制的依据。研究基于舰船运动基本理论和舰船水动力在线预报模型,分别给出了针对舰船横摇运动控制、纵摇运动控制和减纵-横摇控制的算法。并基于数值模拟手段验证该方法的可行性、对比该方法与广泛应用的PID控制方法的减摇效率、定量分析该方法在不同海况下的减摇效率。数值结果表明:本研究提出的基于水动力在线预报控制方法能够有效实现对舰船的纵摇控制、横摇控制和减纵-横摇控制,且在横摇运动控制、纵摇运动控制中,该方法的减摇效率明显高于PID控制方法的减摇效率。该数值仿真验证结果为水池试验方案的设计提供了理论依据。最后,为了进一步验证该方法在实际工程应用中的可行性及其效率,研究在拖曳水池中开展了纵摇运动控制、减纵-横摇控制试验。拖曳水池中,船模在迎浪中的纵-横摇运动通过随船的横摇驱动系统来实现。试验设计了规则波和不规则波情况下的一系列工况,通过对比同一工况下减摇前后的摇荡运动时历、功率谱来定性地分析减摇效果,并基于均方根统计值定量地分析控制方法的减摇效率。纵摇运动控制试验结果表明:本研究提出的基于舰船水动力在线预报的控制方法能够十分有效地改善舰船的纵摇运动,在规则波情况下,减摇效率最高超过40%,而在不规则情况下,减摇效率最高超过33%。同时,该控制方法对垂荡运动也能够起到一定的抑制作用。而减纵-横摇试验结果表明:研究提出的基于舰船水动力在线预报的控制方法在舰船减纵-横摇控制中是行之有效,能够同时改善舰船的纵摇和横摇运动。五级海况下,施加减纵-横摇控制时,横摇运动的减摇效率超过40%,纵摇运动的减摇效率超过30%,垂荡运动减摇效率超过25%。
二、船舶舵减纵摇控制方法研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、船舶舵减纵摇控制方法研究（论文提纲范文）
（2）船舶纵浪航行非线性随机运动响应预报方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 参数横摇 |
| 1.1.2 骑浪/横甩 |
| 1.1.3 纯稳性丧失 |
| 1.1.4 过度加速度 |
| 1.1.5 瘫船稳性 |
| 1.2 国内外研究现状及进展 |
| 1.2.1 非线性动力学方法 |
| 1.2.2 模型试验方法 |
| 1.2.3 数值计算分析方法 |
| 1.2.4 风载荷对参数横摇的影响 |
| 1.2.5 减小参数横摇的措施和手段 |
| 1.3 目前研究存在的问题 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 基本理论概述 |
| 2.1 船体运动坐标系 |
| 2.2 波浪载荷的计算 |
| 2.2.1 切片理论 |
| 2.2.2 三维势流理论 |
| 2.2.3 波浪谱 |
| 2.3 耐波性运动方程 |
| 2.4 随机平均法介绍 |
| 2.5 数值求解方法简介 |
| 第3章 随机波浪作用下的船舶参数横摇运动研究 |
| 3.1 船舶参数横摇运动方程 |
| 3.2 随机平均法求参数横摇稳态概率密度 |
| 3.3 求解参数激励 |
| 3.4 计算结果与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 统一模型下的参数横摇运动数值模拟与分析 |
| 4.1 船舶操纵运动方程 |
| 4.1.1 流体惯性力及力矩 |
| 4.1.2 螺旋桨纵向力 |
| 4.1.3 舵力及其力矩 |
| 4.2 操纵耐波运动统一模型 |
| 4.3 数值计算结果与分析 |
| 4.3.1 耐波性验证分析 |
| 4.3.2 操纵性验证分析 |
| 4.3.3 舵控制参数对舵减摇的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 神经网络优化的减摇鳍控制系统研究 |
| 5.1 减摇鳍运动控制微分方程 |
| 5.2 神经网络算法 |
| 5.3 减摇鳍控制系统的稳定性分析 |
| 5.4 计算结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 特殊波列作用下的船舶参数横摇运动研究 |
| 6.1 波群作用下的船舶参数横摇运动研究 |
| 6.1.1 波群的模拟 |
| 6.1.2 波群作用下的参数横摇运动研究 |
| 6.2 畸形波作用下的船舶参数横摇运动研究 |
| 6.2.1 畸形波的判定 |
| 6.2.2 相位角调制法 |
| 6.2.3 畸形波作用下的参数横摇运动研究 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 随机波浪下的船舶骑浪横甩运动动力特性研究 |
| 7.1 船舶骑浪运动动力特性研究 |
| 7.1.1 船舶骑浪运动微分方程 |
| 7.1.2 随机Melnikov方法 |
| 7.1.3 骑浪运动参数敏感性分析 |
| 7.1.3.1 有义波高对骑浪运动的影响 |
| 7.1.3.2 特征周期对骑浪运动的影响 |
| 7.1.3.3 转速对骑浪运动的影响 |
| 7.2 船舶横甩运动动力特性研究 |
| 7.2.1 船舶横甩运动微分方程 |
| 7.2.1.1 横甩运动微分方程 |
| 7.2.1.2 参数确定 |
| 7.2.2 随机平均法求解艏摇运动稳态概率密度函数 |
| 7.2.3 不同参数对横甩运动的影响 |
| 7.2.3.1 有义波高对横甩运动的影响 |
| 7.2.3.2 特征周期对横甩运动的影响 |
| 7.3 本章小结 |
| 第8章 参数横摇控制试验研究 |
| 8.1 试验条件与设备 |
| 8.1.1 试验模型 |
| 8.1.2 控制系统 |
| 8.2 横摇自由衰减试验 |
| 8.3 无舵控制试验 |
| 8.4 舵减摇控制试验 |
| 8.4.1 最大舵角的影响 |
| 8.4.2 舵减摇模块开启时刻的影响 |
| 8.4.3 不同波长下舵减摇效果 |
| 8.4.4 不同航速下舵减摇效果 |
| 8.4.5 控制参数对舵减摇的影响 |
| 8.5 本章小结 |
| 第9章 总结及展望 |
| 9.1 全文总结 |
| 9.2 主要创新点 |
| 9.3 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（3）船舶远洋安全航行运动姿态控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 船舶横向运动姿态控制国内外研究概况 |
| 1.2.1 船舶减摇鳍横摇控制研究概况 |
| 1.2.2 船舶自动舵航向控制研究概况 |
| 1.2.3 船舶舵鳍联合横摇-航向控制研究概况 |
| 1.3 船舶运动控制相关理论发展现状 |
| 1.3.1 非线性反演控制方法及发展现状 |
| 1.3.2 自适应控制方法及发展现状 |
| 1.3.3 鲁棒优化控制方法及发展现状 |
| 1.4 主要研究工作 |
| 1.5 论文研究思路和组织结构 |
| 第2章 船舶横向运动非线性耦合数学模型研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 船舶运动数学模型 |
| 2.2.1 船舶运动坐标系 |
| 2.2.2 船舶空间运动方程 |
| 2.2.3 非线性横向耦合运动方程 |
| 2.3 减摇鳍面积与阻力评估 |
| 2.4 波浪干扰力和力矩 |
| 2.4.1 海浪(谱)描述 |
| 2.4.2 波浪干扰力和力矩响应表示方法 |
| 2.4.3 海浪干扰力和力矩计算 |
| 2.5 仿射非线性船舶横向运动模型 |
| 2.6 船舶横向自由运动稳定性分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 船舶横摇指令滤波反演鲁棒自适应控制研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 指令滤波反演控制设计方法 |
| 3.2.1 反演控制原理 |
| 3.2.2 船舶横摇反演控制器设计 |
| 3.2.3 指令滤波原理 |
| 3.3 基于NDO的船舶横摇指令滤波反演控制器设计与仿真 |
| 3.3.1 非线性干扰观测器设计 |
| 3.3.2 基于NDO的船舶横摇指令滤波反演控制器设计 |
| 3.3.3 系统仿真和分析 |
| 3.4 船舶横摇预设性能积分滑模改进控制器设计与仿真 |
| 3.4.1 预设性能指令滤波反演积分滑模控制器设计 |
| 3.4.2 基于NDO的预设性能指令滤波反演积分滑模控制器设计 |
| 3.4.3 系统仿真与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 船舶艏向RBF神经网络自适应控制研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 艏向控制器设计模型 |
| 4.3 RBF神经网络设计原理 |
| 4.4 基于RBF神经网络的离散指令滤波艏向控制器设计 |
| 4.4.1 基于状态观测器的非线性函数辨识 |
| 4.4.2 控制器设计及闭环稳定性证明 |
| 4.5 系统仿真与分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 船舶横摇-艏向非线性ESO自适应解耦控制研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 非线性系统反馈线性化原理 |
| 5.3 舵鳍联合非线性控制系统问题描述 |
| 5.4 舵鳍联合非线性系统的反馈线性化 |
| 5.4.1 舵鳍联合非线性系统反馈线性化可解证明 |
| 5.4.2 舵鳍联合非线性系统坐标变换 |
| 5.5 自适应PID控制器 |
| 5.6 基于ESO的自适应PID控制 |
| 5.7 系统仿真与分析 |
| 5.8 本章小结 |
| 第6章 受输入约束的横摇-艏向鲁棒模型预测控制研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 预测控制原理 |
| 6.2.1 模型预测控制基本原理 |
| 6.2.2 基于状态空间方程的预测控制原理 |
| 6.3 补偿减摇鳍动态延迟约束的预测方法 |
| 6.3.1 基于AR模型的渐消RLS预测算法原理 |
| 6.3.2 补偿减摇鳍动态延迟的应用实例 |
| 6.4 基于H_∞-ICMPC的横摇-艏向控制器设计 |
| 6.4.1 输入-状态-稳定性(ISS) |
| 6.4.2 H_∞型成本函数 |
| 6.4.3 舵鳍联合横摇-艏向鲁棒MPC控制器设计 |
| 6.5 系统仿真与分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 个人简历 |
| 致谢 |
| 附录 |
| 附录 A 固定坐标系和运动坐标系下的坐标变换 |
| 附录 B 船舶运动相关符号表 |
（4）基于能量优化的近水面机器人摇摆滑模控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景、来源及意义 |
| 1.2 课题国内外研究现状 |
| 1.2.1 水下机器人研究现状 |
| 1.2.2 控制技术研究现状 |
| 1.2.3 能量优化研究现状 |
| 1.3 论文研究主要内容 |
| 第2章 水下机器人及其相关模型 |
| 2.1 近水面运动方程 |
| 2.1.1 运动分析中的坐标系 |
| 2.1.2 六自由度运动方程的简化 |
| 2.2 近水面所受海浪干扰力及力矩 |
| 2.2.1 随机海浪基础 |
| 2.2.2 近水面海浪干扰力和力矩的数值计算 |
| 2.3 水平舵的水动力模型 |
| 2.3.1 水平舵的工作原理 |
| 2.3.2 水平舵的升力模型 |
| 2.3.3 水平舵的减摇原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 近水面横摇纵摇的滑模变结构控制 |
| 3.1 滑模变结构控制介绍 |
| 3.2 滑模变结构控制趋近律的设计与分析 |
| 3.3 横摇纵摇滑模综合控制器的设计 |
| 3.4 横摇纵摇综合控制仿真结果与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 抗饱和控制研究 |
| 4.1 执行器饱和问题 |
| 4.1.1 饱和现象的介绍 |
| 4.1.2 抗饱和控制的发展 |
| 4.2 具有反馈线性化控制的执行器抗饱和控制 |
| 4.2.1 执行器抗饱和控制问题描述 |
| 4.2.2 抗饱和补偿器的设计 |
| 4.3 减摇系统的抗饱和补偿设计 |
| 4.3.1 抗饱和补偿器的设计 |
| 4.3.2 减摇系统抗饱和控制仿真分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 广义预测控制算法与能量优化 |
| 5.1 基础理论介绍 |
| 5.2 广义预测控制算法 |
| 5.3 基于水平舵能量优化的广义预测控制 |
| 5.3.1 广义预测控制模型建立 |
| 5.3.2 广义预测控制性能指标改进 |
| 5.3.3 广义预测控制约束条件 |
| 5.4 水平舵能耗计算及减摇系统仿真分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（5）船舶桨舵鳍联合控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景、目的及意义 |
| 1.2 桨舵鳍联合控制研究现状 |
| 1.2.1 桨舵鳍联合控制国外研究现状 |
| 1.2.2 桨舵鳍联合控制国内研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第2章 桨舵鳍联合控制系统建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 船舶六自由度运动分析 |
| 2.3 船舶运动模型的建立 |
| 2.4 桨舵鳍作用于船舶的水动力分析 |
| 2.4.1 螺旋桨产生的力和力矩 |
| 2.4.2 舵产生的力和力矩 |
| 2.4.3 鳍产生的力和力矩 |
| 2.5 桨舵鳍联合控制模型的操纵性仿真 |
| 2.6 影响桨舵鳍控制的环境扰动分析 |
| 2.6.1 海浪对船舶产生的力和力矩 |
| 2.6.2 海浪扰动对船舶运动的影响仿真 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 船舶桨舵鳍控制系统的经典PID控制 |
| 3.1 PID控制原理 |
| 3.2 桨舵鳍PID控制器的设计 |
| 3.3 仿真及结果分析 |
| 3.3.1 桨舵鳍PID控制系统控制效果分析 |
| 3.3.2 桨舵鳍PID控制系统系统能量消耗分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 桨舵鳍联合系统的LQR最优控制器设计 |
| 4.1 桨舵鳍联合控制系统的线性化状态方程形式 |
| 4.2 桨舵鳍联合控制系统的能控能观性分析 |
| 4.3 桨舵鳍联合控制最优控制器的设计 |
| 4.3.1 桨舵鳍联合控制性能指标的确定 |
| 4.3.2 桨舵鳍联合控制系统控制器的设计 |
| 4.4 桨舵鳍联合控制系统的稳定性分析 |
| 4.5 控制器加权矩阵的选择 |
| 4.6 仿真及分析 |
| 4.7 基于遗传算法的加权矩阵优化 |
| 4.8 仿真与结果分析 |
| 4.9 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（6）舰船回转中减横倾/横摇控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景、目的及意义 |
| 1.2 船舶减摇装置概述 |
| 1.3 舵鳍减摇控制研究现状 |
| 1.3.1 鳍减摇控制 |
| 1.3.2 舵减摇控制 |
| 1.3.3 舵鳍联合控制 |
| 1.4 舰船回转中的减横倾/横摇控制研究现状 |
| 1.5 论文的研究内容与框架 |
| 第2章 船舶运动建模及回转仿真 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 船舶运动数学模型 |
| 2.2.1 坐标系 |
| 2.2.2 船舶运动模型 |
| 2.3 船体受到的力和力矩 |
| 2.3.1 水动力和力矩 |
| 2.3.2 推进力和力矩 |
| 2.3.3 控制力和力矩 |
| 2.3.4 环境干扰力和力矩 |
| 2.4 船舶回转运动仿真 |
| 2.4.1 船舶回转运动 |
| 2.4.2 回转仿真分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 减摇鳍回转减横倾/横摇控制方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 减摇鳍作用下的船舶回转运动 |
| 3.2.1 不同鳍攻角作用下的回转运动仿真 |
| 3.2.2 不同鳍位置作用下的回转运动仿真 |
| 3.2.3 回转减摇鳍鳍角航速调节 |
| 3.3 减摇鳍减回转横倾/横摇控制研究 |
| 3.3.1 鳍减回转横倾/横摇控制模型分析 |
| 3.3.2 基于L_2-增益的鳍减回转横倾/横摇自适应鲁棒控制 |
| 3.3.3 基于非线性干扰观测器的鳍减回转横倾/横摇补偿控制 |
| 3.3.4 基于横倾补偿的鳍减回转横倾/横摇控制 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 舵及舵鳍联合回转减横倾/横摇控制方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 动态舵作用下的船舶回转运动 |
| 4.2.1 不同幅值舵运动下的回转运动仿真 |
| 4.2.2 不同周期舵运动下的回转运动仿真 |
| 4.2.3 变化幅值舵运动下的回转运动仿真 |
| 4.3 舵减回转横摇控制方法 |
| 4.3.1 舵减回转横摇控制模型分析 |
| 4.3.2 基于Backstepping的自适应滑模舵减回转横摇控制 |
| 4.3.3 变舵速回转舵减摇控制仿真 |
| 4.4 舵鳍联合减回转横倾/横摇控制方法 |
| 4.4.1 回转鳍减横倾+舵减横摇联合控制 |
| 4.4.2 回转鳍减横倾/横摇+舵减横摇联合控制 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 自航模系统设计及试验验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 自航模系统设计 |
| 5.2.1 自航模参数 |
| 5.2.2 自航模硬件系统设计 |
| 5.2.3 自航模软件系统设计 |
| 5.3 自航模试验大纲 |
| 5.3.1 试验目的 |
| 5.3.2 引用文件 |
| 5.3.3 试验场地 |
| 5.3.4 试验内容 |
| 5.4 自航模试验 |
| 5.4.1 自由横摇衰减试验 |
| 5.4.2 直航生摇试验 |
| 5.4.3 回转试验 |
| 5.4.4 减摇鳍、舵以及舵鳍联合控制试验 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（7）船舶减摇装置的发展现状与趋势（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 单自由度减摇装置 |
| 1.1 横摇独立减摇装置 |
| 1.2 横摇综合减摇装置 |
| 1.3 纵摇减摇装置 |
| 2 多自由度减摇装置 |
| 2.1 多自由度独立减摇装置 |
| 2.2 多自由度综合减摇装置 |
| 3 船舶姿态稳定控制的关键技术与发展趋势 |
| 3.1 船体多方位姿态的控制 |
| 3.2 船体姿态的准确感知与超前预测 |
| 3.3 全航速减摇技术 |
| 4 结语 |
（8）船舶减摇技术研究进展（论文提纲范文）
| 1 船舶减摇装置简介 |
| 1.1 舭龙骨 |
| 1.2 减摇鳍 |
| 1.3 减摇水舱 |
| 1.3.1 被动式减摇水舱 |
| 1.3.2 可控被动式减摇水舱 |
| 1.3.3 主动式减摇水舱 |
| 1.4 舵减摇 |
| 2 船舶减摇装置的发展 |
| 2.1 新型减摇装置 |
| 2.2 现有减摇装置的发展趋势 |
| 2.3 未来的新型减摇装置 |
| 3 结论与展望 |
（9）近水面AUV运动及综合减摇控制策略研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源、目的及意义 |
| 1.2 AUV国内外的发展现状及应用 |
| 1.3 AUV跟踪控制研究现状 |
| 1.3.1 国外AUV跟踪控制研究现状 |
| 1.3.2 国内AUV跟踪控制研究现状 |
| 1.4 AUV操纵控制研究现状 |
| 1.4.1 国内外AUV横摇运动研究现状 |
| 1.4.2 国内外AUV纵摇运动研究现状 |
| 1.5 研究方法 |
| 1.6 研究内容和章节安排 |
| 第2章 近水面作业AUV建模与阻力特性分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 近水面AUV非线性数学模型建立与简化 |
| 2.2.1 地面坐标系和船体坐标系及两者之间转换 |
| 2.2.2 近水平面AUV的运动方程 |
| 2.2.3 AUV水平面的动力学方程 |
| 2.2.4 AUV垂直面的动力学方程 |
| 2.3 近水面波浪干扰建模与仿真分析 |
| 2.3.1 海浪及其相关理论 |
| 2.3.2 近水面AUV所受波浪干扰力和力矩计算 |
| 2.3.3 近水面AUV的波浪干扰力和力矩的仿真 |
| 2.4 AUV纵摇运动阻力研究 |
| 2.4.1 静水中AUV阻力 |
| 2.4.2 海浪干扰动下的AUV阻力 |
| 2.4.3 AUV阻力与纵摇运动的关系 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于终端滑模的欠驱动AUV平面轨迹跟踪控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Terminal滑模控制基本原理 |
| 3.3 欠驱动AUV水平面数学模型的建立 |
| 3.4 问题描述 |
| 3.4.1 欠驱动AUV水平面误差方程的建立 |
| 3.4.2 控制对象 |
| 3.5 控制器设计 |
| 3.5.1 期望速度的设计 |
| 3.5.2 终端滑模控制器设计(TSMC) |
| 3.5.3 快速终端滑模控制器设计(FTSMC) |
| 3.5.4 非奇异终端滑模控制器设计(NTSMC) |
| 3.6 仿真实验与讨论 |
| 3.6.1 直线时变轨迹跟踪 |
| 3.6.2 正弦时变轨迹跟踪 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 基于智能滑模的近水面AUV减纵摇控制策略研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 相关理论概述 |
| 4.2.1 LQR方法简介 |
| 4.2.2 滑模变结构控制方法介绍 |
| 4.2.3 反步控制方法介绍 |
| 4.3 AUV纵向姿态的数学模型 |
| 4.4 基于LQR控制方法的AUV优化航行控制 |
| 4.4.1 改进LQR控制方法 |
| 4.4.2 基于能耗的参数优化控制器设计 |
| 4.5 基于自适应滑模的AUV优化航行控制 |
| 4.5.1 AUV模型简化 |
| 4.5.2 跟踪控制器设计 |
| 4.5.3 稳定性分析与证明 |
| 4.6 基于非线性自适应模糊滑模的AUV优化航行控制 |
| 4.6.1 模糊逻辑系统的描述 |
| 4.6.2 等效控制器设计 |
| 4.6.3 自适应模糊滑模控制器设计 |
| 4.6.4 稳定性分析 |
| 4.7 仿真结果与分析 |
| 4.7.1 基于LQR控制方法的仿真研究 |
| 4.7.2 基于自适应滑模控制方法的仿真研究 |
| 4.7.3 基于非线性自适应模糊滑模控制方法的仿真研究 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 基于非线性滑模的近水面AUV舵减横摇控制研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 相关理论概述 |
| 5.2.1 稳定性理论简介 |
| 5.2.2 反馈线性化方法简介 |
| 5.3 AUV动力学特性分析与模型变换 |
| 5.3.1 AUV非线性数学模型 |
| 5.3.2 非线性分析及变换 |
| 5.4 AUV非最小相位舵减摇和航向保持的控制器设计 |
| 5.4.1 横摇滑模面的设计 |
| 5.4.2 横摇和艏摇的复合滑模面的设计 |
| 5.4.3 非线性控制器的设计 |
| 5.5 闭环系统稳定性分析 |
| 5.6 仿真实验与分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
| 附录 |
（10）基于水动力在线预报的舰船减纵—横摇方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及工程意义 |
| 1.2 舰船运动预报方法综述 |
| 1.3 舰船减摇技术综述 |
| 1.3.1 几种主要的船舶运动减摇装置 |
| 1.3.2 舰船运动减摇控制技术的发展综述 |
| 1.3.3 舰船运动减摇技术的发展趋势 |
| 1.4 本文工作与创新点概述 |
| 第2章 舰船在波浪中运动的非线性时域预报方法 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 舰船在波浪中的受力与运动分析 |
| 2.2.1 水动力定解问题 |
| 2.2.2 舰船在波浪中的运动方程一般形式 |
| 2.3 基于弱非线性一致性切片理论的舰船时域预报方法 |
| 2.3.1 非线性入射波浪力和静水恢复力计算模型 |
| 2.3.2 绕射力计算模型 |
| 2.3.3 横摇粘性力矩计算模型 |
| 2.3.4 砰击力计算模型 |
| 2.3.5 辐射力计算模型 |
| 2.3.6 舰船运动时域预报方法 |
| 2.4 长峰不规则波下的舰船非线性运动响应预报 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 舰船在波浪中的水动力在线预报方法 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 舰船运动极短期预报方法优选分析 |
| 3.3 基于WEAR模型的舰船运动在线预报 |
| 3.3.1 传统AR模型理论基础 |
| 3.3.2 WEAR模型的理论基础 |
| 3.3.3 数值结果与讨论分析 |
| 3.4 基于WEAR模型的舰船水动力在线预报 |
| 3.4.1 舰船在波浪中的运动响应预报方程 |
| 3.4.2 舰船水动力在线预报模型 |
| 3.4.3 数值验证与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于舰船水动力在线预报的减摇控制方法 |
| 4.1 基于水动力在线预报的减摇控制方法 |
| 4.1.1 减摇鳍原理 |
| 4.1.2 减摇控制器 |
| 4.1.3 不同情况下减摇控制方法 |
| 4.2 基于PID的舰船减摇控制方法 |
| 4.3 数值模拟结果与讨论分析 |
| 4.3.1 迎浪 180°计算结果 |
| 4.3.2 横浪 90°计算结果 |
| 4.3.3 艏斜浪 135°计算结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 舰船纵-横摇运动控制试验研究 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 舰船运动控制试验设计 |
| 5.2.1 试验条件概述与试验模型选取 |
| 5.2.2 控制结构与测量设备设计 |
| 5.2.3 主动式减摇鳍控制实现 |
| 5.3 如何在拖曳水池中实现舰船纵-横摇运动试验 |
| 5.3.1 水池中纵-横摇试验的限制因素 |
| 5.3.2 横摇驱动系统组成 |
| 5.3.3 横摇驱动系统控制实现 |
| 5.4 迎浪中减纵摇试验结果与讨论分析 |
| 5.4.1 试验工况 |
| 5.4.2 规则波减摇试验 |
| 5.4.3 不规则波中减摇试验 |
| 5.4.4 纵摇运动减摇效率试验值与理论值对比分析 |
| 5.5 迎浪中减纵-横摇试验结果与讨论分析 |
| 5.5.1 试验工况 |
| 5.5.2 单对鳍-双对鳍减摇效率分析 |
| 5.5.3 规则波中减纵-横摇试验 |
| 5.5.4 不规则波中减纵-横摇试验 |
| 5.5.5 纵-横摇运动减摇效率试验值与理论值对比分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
| 附录A |
四、船舶舵减纵摇控制方法研究（论文参考文献）
- [1]基于鲁棒最优控制的舵减摇控制系统研究[D]. 田涛. 哈尔滨工程大学, 2021
- [2]船舶纵浪航行非线性随机运动响应预报方法研究[D]. 王丽元. 天津大学, 2019(01)
- [3]船舶远洋安全航行运动姿态控制技术研究[D]. 金仲佳. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
- [4]基于能量优化的近水面机器人摇摆滑模控制研究[D]. 陈缘. 哈尔滨工程大学, 2019(05)
- [5]船舶桨舵鳍联合控制方法研究[D]. 牛雨蒙. 哈尔滨工程大学, 2019(05)
- [6]舰船回转中减横倾/横摇控制方法研究[D]. 赵朋. 哈尔滨工程大学, 2019(04)
- [7]船舶减摇装置的发展现状与趋势[J]. 姚恺涵,尤方骏,张帅,肖晶晶. 船舶物资与市场, 2019(01)
- [8]船舶减摇技术研究进展[A]. 蒋昌师,凌伟. 北京造船工程学会2016-2017年学术论文集, 2018
- [9]近水面AUV运动及综合减摇控制策略研究[D]. 王世凯. 哈尔滨工程大学, 2019(04)
- [10]基于水动力在线预报的舰船减纵—横摇方法研究[D]. 韩阳. 哈尔滨工程大学, 2017(08)