[01296997]船舶鳍/翼鳍减横摇抗饱和智能矢量控制研究

本项目来源于国家自然科学基金项目,项目以一类典型的复杂随机不确定非线性系统——船舶鳍翼鳍减横摇抗饱和智能矢量控制系统为工程背景,针对单体减摇鳍执行器经常处于速率饱和、幅度饱和锁定状态问题,首次提出鳍/翼鳍独立翼面矢量控制思想。本项目的研究目的在于研究鳍翼鳍多操纵面配置的船舶减横摇控制技术,解决船舶航行过程中的模型不确定性及干扰随机性,提高系统的鲁棒性;同时解决鳍/翼鳍多操纵面带来的角度矢量分配问题、鳍执行机构幅度、速率饱和等问题,保证系统的稳定性,同时提高系统减摇控制效果,降低系统能耗。用以满足船舶高速化、高性能化以及节能减排的发展需求。项目围绕以下几个方面内容进行展开,包括：船舶鳍/翼鳍减横摇鲁棒控制技术研究、鳍/翼鳍执行机构饱和时的船舶抗饱和控制技术研究以及船舶鳍/翼鳍多操纵面角度智能矢量分配技术研究等。 船舶鳍/翼鳍减横摇鲁棒控制技术方向,首创了鳍/翼鳍减摇鳍,发明了一类可变转角比鳍/翼鳍装置。保证翼鳍能够不受主鳍转动限制,进行独立转动,通过合理分配能够更有效的实现船舶减横摇控制,提高系统可靠性,降低系统能耗。首次建立了鳍/翼鳍减横摇系统不确定性耦合模型,在此基础上,首次给出了一类鳍/翼鳍联合减横摇鲁棒H2/H∞控制方法,保证了系统具有一定的干扰抑制能力和鲁棒稳定性。 鳍/翼鳍执行机构饱和时的船舶抗饱和控制技术方向,发明了一类用于解决执行器饱和时的抗饱和补偿控制方法,能够有效解决饱和非线性引起的系统性能下降甚至不稳定等问题,同时降低的控制器设计的保守性,同时较少了鳍/翼鳍执行机构的饱和率,节省系统能耗。 船舶鳍/翼鳍多操纵面角度智能矢量分配技术方向,首次提出采用智能矢量分配器进行鳍角/翼鳍角度分配,建立了鳍/翼鳍角度分配规则以及“驱动能量最小”指标方程,首次提出采用改进的遗传算法实现鳍角翼鳍角度的矢量分配,快速有效实现了角度分配,降低了系统能耗,同时易于工程实现。同时发明了一种混合模式多CPU并行计算系统及控制方法,采用多微处理器结构,每个模块可以完成某一特定功能或多个特定功能,能够高质高效的完成运算。用以实现船舶鳍/翼鳍减横摇系统中鳍角/翼鳍角智能矢量分配策略的实时在线运算。通过合理的鳍/翼鳍矢量分配,保证了系统驱动能耗最小,同时提高了减摇控制效果。 本项目在国家自然科学基金项目（51079033）支持下,共获得发明专利24项,其中授权发明专利14项,受理发明专利10项;获得软件著作权1项;发表学术论文30余篇,出版专著2部,培养博士生6名,硕士生4名。在船舶鳍翼鳍减摇控制技术、抗饱和控制技术、智能矢量分配技术等方面取得了较大突破,同时研制成功了船舶鳍翼鳍半物理仿真原理样机。项目的研究成果船舶鳍翼鳍减横摇抗饱和智能矢量控制技术对于提高舰船海上全天候航行能力和武备系统的战斗力具有重要意义和工程应用价值。同时该项目成果不仅可以应用到舰船舵、鳍伺服系统的减摇抗饱和等处理上,同样可以推广到航向航迹控制,飞行器运动姿态控制等诸多工业领域,同样会带来可观的经济效益和社会效益。