基于混沌分析的船舶參數(shù)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)及其魯棒控制.pdf

1、船舶作為一種重要的交通工具，在實(shí)施設(shè)計(jì)中雖然考慮了國(guó)際公約和國(guó)內(nèi)法規(guī)有關(guān)穩(wěn)性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，但波浪造成船舶失穩(wěn)從而引發(fā)船舶傾覆的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。目前船舶靜態(tài)穩(wěn)性納入了穩(wěn)性標(biāo)準(zhǔn)而動(dòng)態(tài)穩(wěn)性卻未予以考慮，也就是說對(duì)于船舶在波浪中的穩(wěn)性損失、運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)狀態(tài)及船舶與波浪遭遇狀況缺少相關(guān)的考慮和研究。因此研究船舶在波浪激勵(lì)下的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)特性及魯棒控制工程意義極為顯著。
　　船舶參數(shù)激勵(lì)橫搖可能導(dǎo)致船舶的大幅度橫搖運(yùn)動(dòng)，威脅船舶、貨物和海上人命安全。為了

2、減小參數(shù)激勵(lì)帶來的不利因素，通過李亞普諾夫指數(shù)和功率譜對(duì)船舶在規(guī)則縱浪中運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。從而分析船舶參數(shù)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理，不僅分析了船舶參數(shù)激勵(lì)橫搖產(chǎn)生混沌現(xiàn)象的條件，而且確定出船舶參數(shù)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)的安全與危險(xiǎn)區(qū)域。然后基于Backstepping算法、閉環(huán)增益成形算法及Lyapunov穩(wěn)定性設(shè)計(jì)出減搖鰭控制器，并且在考慮一定的干擾后進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。仿真結(jié)果表明該控制策略對(duì)于消除船舶參數(shù)激勵(lì)橫搖系統(tǒng)的混沌現(xiàn)象是十分有效的，并

3、且魯棒性能令人滿意。
　　船舶參—強(qiáng)激勵(lì)橫搖比純參數(shù)橫搖可能導(dǎo)致船舶更大幅度的橫搖運(yùn)動(dòng)，在主參數(shù)共振區(qū)內(nèi)，較小的參數(shù)激勵(lì)和強(qiáng)迫激勵(lì)仍可能引起船舶大幅橫搖，甚至傾覆，威脅船舶、貨物和海上人命安全。為了減小參—強(qiáng)激勵(lì)帶來的不利因素，通過李亞普諾夫指數(shù)和功率譜對(duì)船舶在規(guī)則縱浪中運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，找到參—強(qiáng)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定和危險(xiǎn)區(qū)域，以及對(duì)于船舶初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化關(guān)系。然后基于Backstepping算法、閉環(huán)增益成形算法及Lyap

4、unov穩(wěn)定性設(shè)計(jì)出非線性魯棒控制器，并且在考慮一定的干擾后進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。仿真結(jié)果表明該控制策略對(duì)于消除船舶參—強(qiáng)橫搖系統(tǒng)的混沌現(xiàn)象是十分有效的，并且魯棒性能令人滿意。
　　在船舶初穩(wěn)性高的時(shí)變性的影響下，隨機(jī)縱浪也會(huì)對(duì)船舶的橫搖穩(wěn)定性造成較大的影響，特別在特征波長(zhǎng)接近船長(zhǎng)，且參數(shù)激勵(lì)頻率與船舶橫搖固有頻率之比為2時(shí)，船舶會(huì)發(fā)生大幅橫搖不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，即為隨機(jī)波條件下的參數(shù)激勵(lì)橫搖或參—強(qiáng)激勵(lì)橫搖。通過求解船舶在隨機(jī)縱浪中主參數(shù)共振