船舶舵／鳍联合减摇鲁棒控制研究
船舶减摇鳍／水舱联合控制技术研究
水 舱联 合减 摇 的方 案 ，将 二者 组成 船舶 减摇 鳍／水 舱
联合控制系统，就可以达到两种减摇装置 的互补， 对横摇轴的质量惯性矩； ＝ 誓ｄ，为舱内水
从 而 实现 船 舶 在 任 何航 态 下 都 具 有 明显 的 减摇 效
果 。
近 年来 ，国内外 的研 究主 要集 中在 装备 单一 减
当船舶 同 时装 备 减摇鳍 和 被动 式减 摇水 舱 时， ｆ ＋２ ＋ 一 一 ｚ＝ （ （ｆ）一ａｏ（ｔ））
联 合系 统 的数学模 型 为 ：
Ｉ：￣＋２ｖｆｉ＋ｃｏｔ２Ｚ＿６ｆ 一ｃ ＝０
（４）
刘胜 等 ：船舶 减 摇鳍 ／水舱 联 合控 制 技 术研 究
，
其它 不 变 。当 Ａ、Ｂ、Ｃ满足 下 式 ：
Ｉ（ ＋ ） ＋ ＋Ｄ 一 Ｓｏ 艺一
Ｊ ２ｒＳｏｃｚ＝ —
…
ｌ ２ ＋２Ｎ，２＋２ Ｓｏｚ—
果很 差甚 至没 有减 摇效 果 ；减 摇 水舱在 任 何航速 下 都有 减摇 作用 ，但其 减 摇效 率相 对较 低 ，并且在 低 频 扰 动下 易增 摇Ｌ１ Ｊ。因此 ，为 了满 足船 舶在 全航 速
：
：
： Ｆ
Ｄ ｈ ２
Ｉ１
．
．
（７）
则按 对 抗控 制 时 ＰＩＤ控 制器 的特 点为 ：
翌 翌
ｌ ２ ＡＦ ＫｈＫ ｐ ２ ＡＦ ＫｈＫ
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
一
Ｄ ｈ
： ——————— —————
２
—————— —一 ：
鳍／舵减摇双重控制的H∞设计
细讨论 了 Ｈ 设 计 中的权 函数选 择 问题 。给 出了鳍／ 舵合 成减 摇 系统 的仿 真结果 ， 仿 真 中还考 虑 了
舵 伺服 系统 速率 限制 对减摇 的影响 。 关键词 ： 减 摇 ；减摇鳍 ； 舵 减摇 ； 合 成控 制 ；Ｈ 设 计
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ７ ～ ４ ４ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ １ ０ ２ — ０ ６
．
ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｕｓ ｅ ｄ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｔｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｉ ｎｇ ｒ ｕ ｎ ｅ — ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｈ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄｅ ｔ ａ ｉ ｌ ．Ｓｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｉｎ ｆ ａ ｎ ｄ ｒ ｕ ｄ ｄｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ． ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｅ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ．Ｔｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｌ ｌ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ａ ｌ ｓ ０ ｓ ｈｏ ｗｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｒ ｏ ｌ ｌ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｉｎ；ｒ ｆ ｕｄ ｄ ｅ ｒ ｒ ｏ ｌ ｌ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ；Ｈ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
基于LMI技术的船舶舵减摇鲁棒控制器设计
基于LMI技术的船舶舵减摇鲁棒控制器设计杨鹤;程权成;崔宝影【摘要】针对船舶舵减摇的鲁棒H∞控制问题,研究了一种基于线性矩阵不等式(LMI)技术的鲁棒H∞控制器构建方法.不同于已有的研究成果,假定船舶舵减摇系统模型中存在线性分式不确定摄动,即鲁棒控制问题.在特定的条件下,线性分式不确定摄动可以转化为范数有界的不确定摄动,因此,假定系统模型中存在线性分式不确定摄动具备更强的通用性.结合H∞控制理论和Lyapunov稳定性理论进行系统的稳定性分析,通过LMI技术描述船舶舵减摇的鲁棒H∞控制器的存在条件,该条件可被Matlab软件专用工具箱求解.最后结论,通过Simulink仿真实验证明了文章所研究的求解方法是有效的.【期刊名称】《辽东学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(026)002【总页数】5页(P116-119,152)【关键词】减摇;线性矩阵不等式(LMI);鲁棒控制器【作者】杨鹤;程权成;崔宝影【作者单位】辽东学院现代教育技术中心, 辽宁丹东 118001;辽宁机电职业技术学院华孚仪表学院, 辽宁丹东 118009;辽宁机电职业技术学院华孚仪表学院, 辽宁丹东 118009【正文语种】中文【中图分类】U661.32船舶在海面航行时，容易受到海浪的影响，导致船舶经常产生剧烈的横摇运动，给船舶行驶的速度、稳定性以及安全等方面带来诸多不利影响。
根据H∞控制理论，舵减摇控制系统的设计可以有效抑制外部干扰，从而实现船舶航行的稳定性[1]。
根据船舶运动方程和流体力学相关原理，将舵减横摇控制系统转化广义对象的奇异控制问题，舵减横摇控制系统得到了进一步推广[2]。
针对海浪干扰和船舶模型中的不确定性约束，设计的力控减摇鳍系统已经具有一定的抗干扰性能[3]。
通过T-S模糊模型对船舶运动方程进行系统建模，然后应用LMI方法，可以有效研究H∞模糊控制器的设计方法，将模糊系统理论应用于船舶运动系统[4]。
哈尔滨工程大学科技成果——基于运动预报的船舶纵-横联合减摇控制技术
哈尔滨工程大学科技成果——基于运动预报的船舶
纵-横联合减摇控制技术
项目概述
基于运动预报的船舶纵-横联合减摇控制技术是本团队近年来在船舶耐波性研究方面取得的新成果。
该技术基于船舶水动力、时间序列分析以及控制等多个学科交叉发展而来。
相较于传统的减摇控制方法，该减摇新技术的特色和核心是准确的船舶水动力预报和船舶运动极短期预报，是本团队在船舶水动力和船舶运动极短期预报方面多年技术积累在新的工程需求下发展而来的研究成果。
相较于传统的单个自由度减摇控制，该技术既能够实现单个自由度运动（横摇或者纵摇）的减摇，还能实现同时两个自由度运动的联合减摇。
基于运动预报的船舶纵-横联合减摇控制技术的主要指标包括适用的海况及减摇效率。
目前本团队已经成功完成了该减摇技术的原理样机，并在拖曳水池完成了迎浪及斜浪下的减摇试验。
项目成熟情况
基于运动预报的船舶纵-横联合减摇控制技术目前处于样品阶段，已经完成原理样机及相应的水池试验，获得了良好的减摇效果。
应用范围船艇减摇等领域。
船舶舵减横摇H ∞鲁棒控制系统
归模 型 。 ０ ０年 ， ｅｅ ２０ Ｐ ｒｚ和 Ｔ ｅ ｇ提 出 了应 用模 型预 报控 制来解 决舵 的横 摇稳 定 问题 ， ０ｏ ｃ ａ Ｔｉ ｏ ｚｎ Ｌ ｚｗｉ ， ａ ｋ ｎ
和 Ｌ ｚｗｉ ｉ 计 了一种 具有 ￡ ｏｏ ｃ 设 ｋ 精度 能减 摇 的航 迹保 持控 制器 。 国内一些学 者也 对船 舶舵减 横摇 控制 展开 了研 究 。缪 国平等采 用遥 控 自航 船模 对舵 减 摇进行 了实 验研 究 ］肯定 了舵减 摇 的效果 ， 过仿 真探 讨 了舵 减摇 Ｐ Ｄ 控制 参数 对舵 减 摇性 能 的影 响 ； ， 通 Ｉ 沈建 清 等 提 出 了舵 减摇加 权 阵 自适 应最 优控 制器 ； 明辉等人 设 计 了舵 减摇 模糊 控制 系统 ， 郑 仿真 表 明定常 风干 扰 情况 下可 有效减 小横 倾角 Ｃ ； 凯 等人提 出 了以横 摇角速 度 的符号 为切 换 函数 的舵减 摇 滑动 控制 方法 ； ５罗 ３
船舶鳍舵联合减摇控制的仿真研究
船舶鳍舵联合减摇控制的仿真研究船舶在航行过程中往往会受到海浪的影响，产生摇摆的运动，这种运动称为船舶的摇摆运动。
船舶的摇摆运动会对乘员和货物的安全造成威胁，因此减摇控制是船舶运行中一个重要的问题。
本文将以船舶鳍舵联合减摇控制为主题，进行仿真研究。
船舶鳍舵联合减摇控制是一种常用的船舶减摇方法。
鳍舵是船舶上的一种可以左右转动的舵装置，通过控制鳍舵的转动角度和速度，可以对船舶的摇摆运动进行干预，实现减摇的目的。
在船舶鳍舵联合减摇控制中，船舶的姿态角度和角速度是关键的参数。
姿态角度是指船舶相对于水平面的倾斜角度，角速度是指船舶姿态角度的变化速率。
通过准确测量和控制船舶的姿态角度和角速度，可以实现对船舶的减摇控制。
为了进行船舶鳍舵联合减摇控制的仿真研究，首先需要建立船舶的数学模型。
船舶的数学模型可以描述船舶在不同海况下的运动规律，是进行仿真研究的基础。
船舶的数学模型包括船舶的运动方程和力学方程。
在船舶鳍舵联合减摇控制的仿真研究中，可以采用控制理论和仿真软件进行模拟实验。
控制理论是一种研究如何通过调节系统的输入来实现对系统输出的控制的学科。
在船舶鳍舵联合减摇控制中，可以使用控制理论中的PID控制器来实现对船舶的减摇控制。
在进行船舶鳍舵联合减摇控制的仿真研究时，需要考虑船舶的动力学特性和控制系统的参数调节。
船舶的动力学特性包括船舶的质量、惯性矩阵、阻力和推力等因素，这些因素会影响船舶的运动规律。
控制系统的参数调节是指通过调整PID控制器的参数来实现对船舶减摇控制的优化。
通过进行船舶鳍舵联合减摇控制的仿真研究，可以评估船舶在不同海况下的减摇效果，优化控制系统的参数设置，提高船舶的减摇性能。
同时，仿真研究还可以为实际船舶的减摇控制提供参考和指导，减少实际试验的成本和风险。
船舶鳍舵联合减摇控制是一种常用的船舶减摇方法，通过控制船舶的姿态角度和角速度，可以减小船舶的摇摆运动。
通过进行仿真研究，可以评估船舶的减摇效果，优化控制系统的参数设置，提高船舶的减摇性能。
基于模糊规则的鲁棒预测舵减摇控制
网络首发地址：https:///kcms/detail/42.1755.TJ.20230404.1703.005.html期刊网址：引用格式：秦毅峰, 刘志全. 基于模糊规则的鲁棒预测舵减摇控制[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(4): 206–214.QIN Y F, LIU Z Q. Rudder roll stabilization with robust predictive control based on fuzzy rules[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(4): 206–214.基于模糊规则的鲁棒预测舵减摇控制扫码阅读全文秦毅峰，刘志全*上海海事大学 航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室，上海 201306摘 要:［目的］针对模型预测控制（MPC ）中因权重值固定所导致的欠驱动船舶在舵减摇时对转向的响应较慢的问题，提出一种基于有限时间扩张状态观测器（FTESO ）、模糊控制规则和鲁棒预测控制的舵减摇控制器设计方法。
［方法］首先，建立固定航速欠驱动船舶线性模型用于控制器设计，FTESO 用于观测船舶运动状态和外部扰动；然后，通过对船舶在航向保持和变航向的情况进行分析，设计这2种情况下的目标函数权重，并建立状态观测值与目标函数权重之间的模糊规则，随后采用鲁棒预测控制解决带约束的多目标协同控制问题；最后，以一艘多用途舰艇为例进行数值仿真分析。
［结果］结果显示，在航向改变情况下，对比扰动补偿模型预测控制和扰动观测器强化模型预测控制，发现减摇效果分别提升了5.74%和0.898 3%，对于30°的转向的响应时间分别减少了1.8 和7.3 s ，证明了所设计控制方法的闭环稳定性。
［结论］研究表明，所提方法在欠驱动船舶减摇方面是有效的。
关键词：欠驱动船舶；舵减摇；有限时间状态观测器；鲁棒预测控制；模糊规则中图分类号: U664.82文献标志码: A DOI ：10.19693/j.issn.1673-3185.02822Rudder roll stabilization with robust predictive control based on fuzzy rulesQIN Yifeng , LIU Zhiquan*Key Laboratory of Transport Industry of Marine Technology and Control Engineering,Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, ChinaAbstract : ［Objective ］In order to solve the problem of an underactuated ship responding slowly to heading changes during rudder roll stabilization (RRS) caused by fixed weight values in model predictive control (MPC), a RRS control method based on the finite time extended states observer (FTESO), fuzzy rules and ro-bust predictive control is proposed. ［Methods ］A fixed speed linear underactuated ship model is established for controller design. The FTESO is used to estimate the ship's motion states and external disturbances. By analyzing the conditions of the ship's course-keeping and heading change, the objective function weights un-der the two conditions and the fuzzy rules between the states and weights are designed respectively. Robust predictive control is used to solve the multi-objective cooperative control problem with constraints. The closed-loop stability of the proposed control method is then proven theoretically. ［Results ］According to a numerical simulation of a multi-purpose naval vessel, the proposed control method is compared with a disturb-ance compensation MPC and disturbance observer enhanced MPC, and is shown to have a higher roll stabiliza-tion rate by 5.74% and 0.898 3%, respectively. The response time of the proposed method for a 30° heading change is also reduced by 1.8 s and 7.3 s respectively. ［Conclusion ］The effectiveness of the proposed method in underactuated ship rolling reduction is proven.Key words : underactuated ship ；rudder roll stabilization (RRS)；finite time extended state observer (FTESO)；robust predictive control ；fuzzy rules收稿日期: 2022–03–15 修回日期: 2022–05–22 网络首发时间: 2023–04–06 14:19基金项目: 国家自然科学基金资助项目（52001197）作者简介: 秦毅峰，男，1997年生，硕士生。
船舶鳍翼鳍减横摇抗饱和智能矢量控制技术研究
船舶鳍/翼鳍减横摇抗饱和智能矢量控制技术研究船舶减摇鳍进行减横摇控制基本原理是利用鳍面转动产生的水动力（矩）来减小船舶的摇摆。
而鳍/翼鳍是在普通鳍叶的后缘开襟形成一个可动面的翼鳍,从而构成的两个相对独立控制的矢量控制面（鳍/翼鳍）。
在鳍叶几何形状和剖面面积相同条件下,后缘带有翼鳍的矢量翼面所能提供的水动力（矩）将大大增加。
但是翼面的增加也带来了角度分配问题以及执行机构饱和问题。
因此如何抑制鳍执行机构饱和带来的性能下降问题、如何合理的进行鳍/翼鳍矢量翼面的分配成为了研究的难点。
而且随着节能减排以及高性能船舶的兴起,如何提高船舶减横摇控制效果,降低系统能耗成为船舶控制工程界的一个值得关注课题,因此,本论文开展船舶鳍/翼鳍减横摇抗饱和智能矢量控制的研究具有重要理论意义和广阔工程应用前景。
本文主要研究内容有:首先,给出了船舶鳍/翼鳍减横摇抗饱和智能矢量控制系统实现机理与技术方案,指出的本论文的研究重点,建立了鳍/翼鳍阻力、升力系数及作用力矩模型,修正了驱动能量方程。
给出了船舶鳍/翼鳍减横摇控制系统的运动建模、鳍/翼鳍执行机构饱和约束建模以及海浪干扰分析。
其次,对船舶鳍/翼鳍减横摇鲁棒控制器设计方法进行研究,针对船舶航行时的模型不确定性和干扰的随机性,要求船舶减摇控制系统具有较强的鲁棒性能以及横摇的干扰抑制性能。
针对船舶鳍/翼鳍减横摇线性模型重点分析系统不确定性,给出线性不确定系统的鲁棒H<sub>∞</sub>动态输出反馈控制实现方法;同时针对船舶鳍/翼鳍减横摇系统非线性模型,采用“反馈线性化+鲁棒H<sub>∞</sub>动态输出反控制”的实现方法。
给出了系统反馈线性化实现以及其鲁棒动态输出反馈控制设计实现。
以上研究为抗饱和控制技术打下基础。
第三,针对船舶减摇过程中鳍执行机构饱和造成系统减摇性能下降的问题。
提出采用抗饱和补偿控制方法进行船舶减横摇抗饱和控制研究。
船舶减摇鳍闭环成形滤波l2增益鲁棒控制
ｓｈｉｐ￣ｆｉｎ ｒｏｌｌ￣ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｃａｎ ｓｉｍｐｌｉｆｙ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｈｉｐ ｃｏｎｔｒｏｌꎻ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ￣ｓｈａｐｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒꎻ ｆｉｎ￣ｒｏｌｌ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒꎻ Ｌ ２ ｇａｉｎꎻ ｒｏｂｕｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌꎻ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｒｉｔｅｒｉａꎻ ｉｒ￣
ｒｅｇｕｌａｒ ｗａｖｅｓꎻ ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ
在过去的几十年里ꎬ为保证船舶货物的安全ꎬ提
分考虑系统鲁棒性和控制性能的条件下简化船舶减摇鳍控制器设计方案和控制器结构ꎮ
关键词:船舶控制ꎻ 闭环成形滤波ꎻ 减摇鳍ꎻ Ｌ２ 增益ꎻ 鲁棒控制ꎻ 稳定性理论ꎻ 不规则波ꎻ 反步法
ＤＯＩ:１０ １１９９０ / ｊｈｅｕ.２０１８０９０１１
网络出版地址:ｈｔｔｐ: / / ｋｎｓ.ｃｎｋｉ.ｎｅｔ / ｋｃｍｓ / ｄｅｔａｉｌ / ２３ １３９０.ｕ.２０１９０４１０ １５４５ ０１４.ｈｔｍｌ
行有效补偿控制ꎮ 同时外界干扰也通过 Ｌ２ 增益鲁棒控制器设计方法进行了抑制ꎬＬｙａｐｕｎｏｖ 函数的引入更是在整
个控制器设计过程中保证了控制器设计的稳定性ꎮ 最后通过对育鲲轮在规则波与多向不规则波下的仿真对比实
验结果表明:该减摇鳍控制方案具有结构简单ꎬ参数物理明确ꎬ易于实现ꎬ鲁棒性强和控制性能良好等优点ꎬ可在充
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｏ ａｄｄｒｅｓｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｕｎｃｅｒｔａｉｎ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓꎬ ｍｏｄｅｌ ｅｒｒｏｒꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ ｏｆ
工程船舶电力调速系统鲁棒控制器的设计
工程船舶电力调速系统鲁棒控制器的设计李红星【摘要】针对海洋工程船舶电力调速系统的数学模型，设计满足凸约束条件的状态反馈控制器，主要是基于李雅普诺夫稳定性理论，推导使系统稳定且满足H∞性能控制器存在的条件，利用线性矩阵不等式技术将其转化为可求解的形式，通过Matlab对其求解仿真，得到状态反馈控制律、扰动抑制度及单位阶跃响应曲线，表明笔者所采用的鲁棒控制器的设计方法对船舶电力调速系统的数学模型进行控制是可行的．%This paper studies the design of robust controller satisfied with Convex constraints for mathematic model of engineering ship power speed control systems. Its purpose is deduce sufficient condi- tions of the existence of H∞ controller with Lyapunov stability theory, and then transform them into LMIs which can be solved by utilizing LMI technology. At last we utilize MATLAB to get controller parameters. Reaching state feedback control law, disturbance attenuation level and step response, The result demonstrates that the design methods of robust controller for ship power speed-control systems is feasibility.【期刊名称】《广西民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(018)004【总页数】3页(P69-70,74)【关键词】船舶电力调速系统;鲁棒控制;线性矩阵不等式【作者】李红星【作者单位】钦州学院物理与材料科学学院,广西钦州535000【正文语种】中文【中图分类】TP13工程船舶是海上交通的主要运输工具，而其电力系统又是工程船舶的核心，它既有电力系统的一般共性，又有容量小、受电动机负载影响大的特殊性，所以受到众多学者的关注.近年来，在船舶电力系统的建模、仿真方面已取得了一定的成果.如船舶电站柴油机H∞调速器的仿真研究[1]一文对船舶电力系统的调速器进行建模仿真；孙才勤等 [2] 对柴油发电机组的船舶电力系统进行建模；张利军等[3]通过鲁棒L2干扰抑制控制方法解决电力系统中励磁与调速的协调控制问题；庄一凡[4]对船舶电力系统的振动问题进行研究 .笔者主要是针对系统模型参数具有不确定性的船舶电站调速系统，设计状态反馈鲁棒控制器，满足系统稳定且具有H∞性能.1 问题描述考虑工程船舶电力调整系统的数学模型[1]为：(1)其中，x=[L ω]T为状态变量，W=[c1 M2]T为扰动，u为执行器的输入信号，L 为执行器输出轴位移，ω为同步发电机角速度，M2为同步发电机负荷量，在中，ωg0为柴油机曲轴角速度，Sb为功率基准值，b1为常数.选择状态反馈控制律u=Kx,考虑系统(1)则可得闭环系统的状态空间表达式为其中(2)2 控制器的设计考虑闭环系统(2)，研究使闭环系统渐近稳定且满足H∞性能的充分条件，首先给出如下定理.定理1 考虑闭环系统(2)和常数γ>0，若存在正定对称矩阵Q和适当维数矩阵R 使(3)成立，则系统(2)渐近稳定且满足H∞性能.证明：选Lyapunov函数V(x,t)=xTPx，考虑W=0,u=0时的自由系统，当时，系统渐近稳定.给定闭环系统的扰动抑制度γ>0,考虑下面的性能指标：J(x(t),t)=xT(t)Px(t)+[yT(τ)y(τ)-γ2WT(τ)W(τ)]dτ，则显然，若(4)即满足系统的H∞性能‖y(t)‖2≤γ2‖W(t)‖2.由Schur补引理可得(4)式等价于上式左乘diag[P-1 I I],右乘diag[P-1 I I]，并令P-1=Q，KQ=R，可得(3)式，定理1得证.此时系统的状态反馈控制律K=RQ-1.下面考虑系统的模型参数存在凸多面体不确定性的情况：假设系统(2)中矩阵A,B1,B2,C包含部分未知参数，且Ω=(A,B1,B2,C)∈κ，其中κ是具有s个顶点的凸有界的多面体域.其中，Ω=(Ai,B1i,B2i,Ci)∈κ表示凸多面体的顶点.定理2 考虑系统(2)和上面的假设，若存在正定对称矩阵Q和适当维数矩阵R满足则存在不确定性的闭环系统(2)渐近稳定且满足H∞性能.证明同定理1.3 仿真研究参数不确定船舶电力调速系统的状态方程系数矩阵[1]为其中‖ρ‖≤2，‖σ‖≤0.1.通过Matlab的LMI工具箱可解得γ=7.3752×10-7，K= [13-12075].系统在单位阶跃信号作用下同步电机的输出角速度曲线如图1所示.图1 同步电机的输出角速度曲线Fig.1 Synchronous motor output angular velocity curve4 结语笔者对模型参数不确定的船舶电站调速系统状态反馈控制问题进行了研究，应用LMI技术设计状态反馈控制器，使系统稳定且满足H∞性能.仿真结果表明此方法设计的鲁棒控制器能对电站调速系统进行稳定控制并具有一定的鲁棒性能和抗干扰能力.[参考文献]【相关文献】[1]黄曼磊,王常虹.船舶电站柴油机H∞调速器的仿真研究[J].电机与控制学报，2006,10(2):125-129.[2]孙才勤,郭晨,史成军.大型轮机模拟器中船舶电力系统的建模与仿真[J].系统仿真学报，2009:21(11):3251-3254.[3]张利军,孟杰,兰海.计及螺旋桨负载的船舶电力系统协调控制设计[J].控制理论与应用，2011，28(4):531-537 .[4]庄一凡.船舶电力系统的振动及其控制仿真研究[J].内蒙古民族大学学报，2011，26(5):521-524.。
船舶减摇装置技术综述
船舶减摇装置技术综述船舶减摇装置的研究对于船舶航行的安全性具有重要的意义，文章综述了包括减摇鳍、减摇水舱、舵减摇、舭龙骨等几种传统减摇装置的发展现状，并阐述了近年来的船舶减摇技术发展方向，指出了船舶减摇技术已由单一的减摇装置发展至综合减摇装置，并趋于实现小型化、精密化的发展方向。
标签：减摇；横摇；减摇鳍；减摇水舱；舭龙骨；舵减摇；综合减摇装置1 概述船舶在海上航行和工作的过程中，会遭受海浪、海风及海流等各种因素的影响，因此，船舶会产生诸如横摇、纵摇、横荡、纵荡等各种摇摆。
而以上各种不规则的剧烈摇摆会严重影响船舶的安全航行、乘船的舒适性、船上各种机器设备的正常工作等。
尤其对于军用舰载船舶而言，船舶在海上产生的摇荡会影响飞机的正常起飞、安全航行以及降落。
因此，关于船舶减摇方面的试验和研究一直是船舶领域技术人员的主要工作。
经过多年的研究发现，在船舶减摇装置中，应用最为广泛的有以下几种：舭龙骨、减摇水舱、舵减摇、减摇鳍以及综合减摇装置等。
2 船舶减摇装置简介2.1 舭龙骨舭龙骨的使用最早可追溯到19世纪初，当时还处于帆船时代，舭龙骨最早作为减摇装置是应用在帆船上。
舭龙骨多是沿着船体长度方向，安装在船舶的舭部，其减摇原理在于，当船舶在海上产生横摇时，由于舭龙骨的存在，会在海水中产生扰动船体周围的水流场，使得船体产生一定的附加阻尼，通过增加船体的横摇阻尼，从而减小船舶受到的横摇影响。
舭龙骨在船舶的任何航行状态和环境下，均会使得船舶产生一定的减摇效果，其最佳效果是在产生近似共振的状况下产生的。
舭龙骨减摇的优势在于，其不涉及运动部件，结构简单，造价低，便于维护，是应用最广泛的一种减摇装置。
其缺点在于装上舭龙骨会使船舶阻力略有增加。
发展到后来，慢慢出现了可伸缩式舭龙骨，其在高航速时伸出进行减摇，低航速时收回，减小船舶受到的阻力。
目前，几乎所有的船舶都装有舭龙骨，配合其他减摇装置共同提高船舶航行的稳定性。
2.2 减摇水舱减摇水舱也是比较常见的一种减摇装置，根据其减摇原理，主要包括以下三种形式：被动式减摇水舱、可控被动式减摇水舱和主动式减摇水舱。
基于H∞回路成形的舵鳍联合鲁棒控制
基于H∞回路成形的舵鳍联合鲁棒控制姜正尉;张显库;王新屏【摘要】为了在保持航向的同时,提高船舶减摇效果,设计一种舵鳍联合控制系统.针对给定的线性舵鳍联合系统,根据性能的要求,对其选择权函数进行成形,然后利用H∞回路成形算法对成形后的系统设计鲁棒控制器,采用Hutton提出的降阶法对控制器进行降阶.通过Matlab中的Simulink工具箱分别对6级和8级风浪作用下考虑到舵机、鳍机的舵鳍联合控制系统进行仿真.仿真结果表明所设计的控制器在保持航向的同时能达到较好的减摇效果,并且该控制器具有较强的鲁棒性.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2010(039)004【总页数】4页(P117-120)【关键词】舵鳍联合;H∞回路成形;降阶;鲁棒【作者】姜正尉;张显库;王新屏【作者单位】大连海事大学,航海动态仿真与控制实验室,辽宁,大连,116026;大连海事大学,航海动态仿真与控制实验室,辽宁,大连,116026;大连海事大学,航海动态仿真与控制实验室,辽宁,大连,116026【正文语种】中文【中图分类】U664.7;U666.153随着航海技术的发展，人们对航行时的安全性和舒适性要求越来越高，船舶减摇控制的应用也越来越普遍，从起初单独设计减摇鳍来对横摇加以控制，到目前采用舵鳍联合系统在保持航向的同时减小横摇，研究成果颇丰[1-6]。
在文献[7]的基础上，将舵鳍联合系统应用H∞回路成形算法设计鲁棒控制器。
在仿真时考虑海浪干扰，分别在6级和8级风浪情况下对考虑舵机和鳍机特性的舵鳍联合控制系统进行仿真。
1 H∞回路成形算法H∞控制的回路成形算法是一种开环增益成形方法，其控制器设计思想在于找到一个控制器K使开环增益具有在低频高增益，高频低增益的要求。
H∞回路成形算法的本质是通过选择权函数改善开环奇异值频率特性曲线以实现系统的闭环性能，并在鲁棒性能指标和鲁棒稳定性之间进行折中。
通过简化的H∞回路成形对被控对象进行控制器设计[7-8]。
船舶舵减摇控制方法综述
船舶舵减摇控制方法综述
郑智林;杨国豪
【期刊名称】《世界海运》
【年(卷),期】2013(036)010
【摘要】介绍船舶舵减摇系统的基本概念、减摇原理以及国内外舵减摇技术的发展状况,综述不同的控制方法,如PID控制、自适应控制、鲁棒控制、智能控制(遗传算法、模糊逻辑算法、神经网络算法)等在舵减摇系统中的应用,以及不同控制方法的优点和使用的局限性,指出目前舵减摇系统研究所遇到的难题,并对有价值的研究方向作一些展望.
【总页数】4页(P41-44)
【作者】郑智林;杨国豪
【作者单位】集美大学轮机工程学院;集美大学轮机工程学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.舵鳍联合减摇与航向保持的非线性控制方法
2.基于LMI技术的船舶舵减摇鲁棒控制器设计
3.船舶舵减摇潜力与最大舵速的关系分析
4.基于升摇效果分析新型船舶舵减摇潜力
5.基于升摇效果分析新型船舶舵减摇潜力
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船舶舵翼舵—鳍翼鳍数字控制系统设计与实现的开题报告
船舶舵翼舵—鳍翼鳍数字控制系统设计与实现的开题报告一、选题意义船舶舵翼舵和鳍翼鳍是船舶控制系统中不可缺少的部分。
随着船舶技术的不断发展，数字控制技术已逐渐取代传统的机械控制和液压控制方式，成为船舶控制系统的主流。
对于数字控制技术的应用，船舶舵翼舵和鳍翼鳍也不例外。
数字控制技术能够提高控制系统的精度、稳定性和可靠性，还能实现更加灵活的控制方式。
本文选取船舶舵翼舵和鳍翼鳍数字控制系统设计与实现作为研究课题，旨在深入研究数字控制技术在船舶控制系统中的应用，探讨数字控制技术在船舶舵翼舵和鳍翼鳍控制中的实现方法。
二、研究内容本文将主要围绕以下几个方面进行研究：1. 舵翼舵和鳍翼鳍控制原理及现状分析。
该部分主要介绍舵翼舵和鳍翼鳍的控制原理和现状，包括传统的机械控制和液压控制方式，以及数字控制技术的应用情况。
2. 数字控制技术在船舶控制系统中的应用。
该部分主要介绍数字控制技术在船舶控制系统中的应用现状，包括数字控制系统的组成、数字控制器的选择以及数字控制技术的优势等内容。
3. 舵翼舵和鳍翼鳍数字控制系统设计。
该部分主要介绍舵翼舵和鳍翼鳍数字控制系统的设计过程，包括系统的硬件设计、软件设计和控制策略设计等内容。
4. 舵翼舵和鳍翼鳍数字控制系统实现与优化。
该部分主要介绍舵翼舵和鳍翼鳍数字控制系统的实现过程，并对系统的性能进行优化。
三、研究方法本文的研究方法主要包括文献综述和实验研究两个部分。
1. 文献综述。
通过查阅相关文献，对数字控制技术在船舶控制系统中的应用进行分析和总结，包括数字控制器的种类、应用情况、特点和优点等方面，并对舵翼舵和鳍翼鳍的控制原理和现状进行分析。
2. 实验研究。
通过实验验证数字控制技术在舵翼舵和鳍翼鳍控制中的应用效果。
包括数字控制系统的组成、数字控制器的选择、系统的硬件设计、软件设计和控制策略设计，以及系统性能的实验验证和优化。
四、预期成果本文预期达到以下几个成果：1. 对数字控制技术在船舶控制系统中的应用现状进行分析，总结数字控制技术在船舶控制系统中的特点和优势。
船舶零航速减摇鳍建模与控制策略研究的开题报告
船舶零航速减摇鳍建模与控制策略研究的开题报告一、选题背景及意义随着我国近年来船舶工业的快速发展，大型船舶的建造数量越来越多，各种类型的船舶也层出不穷。
由于海洋环境的不确定性和船舶自身的物理特性，船舶在航行时会受到波浪和风浪等动力因素的影响，从而会产生摇摆和颠簸。
特别是当船舶处于停泊状态或靠泊状态时，因为没有前进的速度补偿，摇摆和颠簸现象更加明显，这对船舶的稳定性和安全性带来了极大的威胁。
为了解决船舶零航速下的摇摆和颠簸问题，船舶工程领域对建模和控制研究进行了深入的探索。
一种解决方案是采用减摇鳍技术，通过控制减摇鳍的运动，来达到减小船舶摇晃的目的。
然而，减摇鳍的最佳控制策略和控制参数并不容易确定，需要进行针对性的研究和分析。
因此，本文选取船舶零航速下减摇鳍建模和控制策略研究为课题，旨在通过对船舶减摇鳍动态特性建模，并探索最佳控制方法，提高船舶的稳定性和安全性。
二、研究内容本文将采用以下方法研究船舶零航速下减摇鳍建模和控制策略：1. 船舶减摇鳍动态特性建模：首先进行减摇鳍的建模，确定减摇鳍的动态特性。
通过数学方法，建立减摇鳍在不同条件下的状态方程和动力学方程模型，以探究船舶和减摇鳍之间的相互作用关系。
2. 控制策略的分析和设计：为了降低船舶的摆动，需要制定最佳的控制策略。
本文将对船舶减摇鳍的控制系统进行分析和设计，探索最佳的控制方法，考虑摆动幅度和操纵效率等因素，精确计算出减摇鳍的最佳控制参数。
3. 实验验证：通过在模拟平台上进行实验，验证本文建立的船舶减摇鳍动态特性模型的准确性。
同时，对比不同控制策略的效果，评估最佳控制方法的优越性，为实际应用提供参考。
三、预期成果本文的预期成果有以下几点：1. 建立准确的船舶减摇鳍动态特性模型，揭示船舶和减摇鳍之间的相互作用机理；2. 确定最佳的减摇鳍控制策略和控制参数，提高船舶的稳定性和安全性；3. 在实验平台上验证本文研究成果的有效性和可行性，为船舶减摇鳍控制系统的实际应用提供参考。
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船 舶 舵／ 联 合 减 摇 鲁棒 控 制研 究 鳍
刘 胜， 方 亮 ， 于 萍
（ 尔滨 工程 大学 自动化 学院 ， 哈 黑龙江 哈 尔滨 １００ ） ５０ １
摘
要 ： 了提高船舶减摇效果 ， 为 研究 了舵／ 鳍联合减摇鲁棒控制 问题 ． 通过提 出广义输 出干扰 的概念 ， 将舵／ 鳍联合
ｒ ｂ ｓ ｅ ｏ ａ ｃ ． ｏ ｕ ｔｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｆｍ
Ｋ ｙ ｏ ｄ ：ｈｐ ｒｄ ｅ ｆ ｉｔ ｏ ａ ｉｇ ｒｂ ｓ ｃｎｒｌ ｄｇ ａ ｓ ｕａｉ ｅ ｗ ｒ ｓｓｉ ； ｕ ｄｒｉ ｊ ｎ ｒｌ ｄｍｐｎ ； ｏｕ ｔ ｏｔ ； ｉ ｔ ｉ ｌ ｏ ／ ｎｏ ｌ ｏ ｉｌ ｍ ｔ ｎ
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棒性．
关键词 ： 船舶 ； 鳍联合减摇 ； 鲁棒控制 ； 舵／ Ｈ 数字仿真
中 图 分 类 号 ：６ １３ ；Ｐ ７ ． 文 献标 识码 ： 文 章 编 号 ：０ ６７４ （０ ７ １—１９０ Ｕ ６ ． ２Ｔ ２ ３ ３ Ａ １０ － ３ ２０ ）０１０ －７ ０
Ｍ ｏ ｅｅ ｅｔ ｅｄ ｍｐｎ ｆ ｏｌ ｈ ｏ ｇ ｏｎ ｓ ｆｒ ｄ ｅｓａ ｄ ｆ ｓ ｒ ｆ ｃｉ ａ ｉｇｏ ｌｔ ｒｕ ｈｊｉｔ ｅｏ ｕ ｄ ｒ ｎ ｎ ｖ ｒ ｕ ｉ
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第 ２ 卷第 １期 ８ ０
２０ ０ ７年 １ ０月
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ｔｅｍ ｎ ｅ ｅ ｌｅ ｂｅｔ ｉ ａｒｄ ｅ ｆ ｉｔｏｌ ａ ｉｇｃｎｒ ｙｔ ｔ ａｐｏｌｍ ｏ ｎ ｎｉｇ ｌ ａ ｄ ｈ ａ ｙｇｎ ｒ ｉ ｄｏｊｃｓ ｎ ｄ ｒｉ ｊ ｎ ｒｌｄｍｐｎ ｏ ｔ ｌ ｓ ｍ ｉ ｏ ｒｂｅ ａ ｏ ｓ ｕ ｒ ｔｎ — ａｚ ｕ ／ ｎｏ ｏｓ ｅ ｎ ｆ ｎ ａｓ
船 舶在 海上航 行 ， 可避 免 地 要 受 到风 、 、 不 浪 流
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