【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及超大型船舶自動化減縱搖裝備應用，具體而言，尤其涉及一種考慮惡劣海況的超大型船舶減縱搖控制器的設計方法。
技術介紹
1、隨著全球貿易的不斷發展和海洋資源的廣泛利用，船舶行業在近幾十年間取得了顯著的進步和發展。當船舶在海上航行時，容易受到外界干擾而產生縱搖運動。因此，研究船舶的減縱搖控制問題成為亟需攻克的難題。
2、利用閉環增益成型算法設計的減縱搖控制器具有靈活性和直觀性，故而被人們廣泛應用。該技術直接使用具有工程意義的四個參數構造出閉環傳遞系統傳遞函數，進而反推出魯棒控制器。以下是對該技術的介紹，以美國的pch水翼艇為研究對象。
3、首先取狀態向量為：
4、
5、為更加直觀地觀測減搖效果，設h為水翼艇的升沉位移，θ為水翼艇的縱搖角。則水翼艇的縱向運動狀態空間型數學模型為：
6、
7、式中，控制向量ut＝[f?m]，分別為控制船舶升沉和縱搖外加的力和力矩。利用水翼艇的各項參數可得船舶模型中各系數矩陣為：
8、
9、
10、若輸出為h和θ，則傳遞函數型數學模型g為：
11、
12、進而利用這四個參數構造出閉環傳遞函數，再反推出魯棒控制器k：
13、
14、現如今對船舶減縱搖的研究主要集中在商船以及水翼艇等。由于超大型船舶存在大慣性、長時滯和強耦合等特點，其控制器設計難度也隨之增長。且超大型船舶在惡劣海況下航行時，由于外界干擾的影響，導致船舶更加不穩定，因此針對超大型船
15、基于以上分析，傳統減縱搖控制技術存在以下兩點缺陷：
16、1)針對超大型船舶大慣性、長時滯的特點，現有算法已不夠切合。超大型船舶的質量和慣性會導致系統在響應控制指令時存在較長的延遲，同時算法生成的控制指令無法準確匹配超大型船舶的規模和動態特性，從而導致控制效果不佳；
17、2)現有算法在惡劣海況下存在輸出能量過大的問題，導致船舶減縱搖效果不佳，進而影響整個控制系統的穩定性和安全性。
技術實現思路
1、根據上述提出超大型船舶在惡劣海況下航行時，其減縱搖控制器設計難度系數大以及減縱搖效果不佳的技術問題，提供一種考慮惡劣海況的超大型船舶減縱搖控制器的設計方法。本專利技術是基于一階閉環增益成型算法設計而成，降低了控制器設計的難度；并引用雙重非線性正反饋控制算法改善控制效果，保證在實現減縱搖的同時，又降低控制器的能量輸出。
2、本專利技術采用的技術手段如下：
3、一種考慮惡劣海況的超大型船舶減縱搖控制器的設計方法，包括：
4、s1、利用一階閉環增益成型算法，設計簡捷魯棒控制器；
5、s2、引入雙重非線性反饋控制算法，利用余弦和正切函數為簡捷魯棒控制器設計一個控制律，解決控制器輸出能量大的問題；
6、s3、引入正反饋環節，解決控制器響應指令存在延遲的問題。
7、進一步地，步驟s1，具體包括：
8、s11、設定u代表控制器輸出信號，y代表系統的輸出值；
9、s12、由于船舶在實際航行時會在波浪的作用下產生縱搖和升沉運動，所以使用白噪音來模擬波浪干擾輸入r；
10、s13、設計控制器k時，設控制器的對角線元素為0，將控制器簡化如下：
11、
12、其中，c表示控制器的設計參數；d表示控制器的設計參數；a、b為成形后廣義被控對象單位階躍信號激勵后的穩態輸出值g′；t11、t22均表示控制器參數；s表示拉普拉斯算子；
13、s14、以簡捷的積分環節與不穩定系統成形后的穩態輸出值g′構成閉環傳遞函數，如下：
14、
15、其中，k表示控制器；p表示廣義被控對象；
16、s15、將閉環傳遞函數進行簡化，得到：
17、
18、上式為一階閉環增益成型算法的數學表達式。
19、進一步地，步驟s2，具體包括：
20、s21、利用余弦和正切函數為簡捷魯棒控制器設計一個控制律u，如下：
21、u＝f(e)·g(e)
22、其中，g(e)表示關于反饋誤差e的非線性函數，保證控制器在輸出較少能量的同時，又能獲得稍優的控制結果；f(e)表示原控制系統中的控制律；
23、s22、引入雙重非線性函數，如下：
24、g(e)＝f(u)1·f(u′)2＝cos(a·e)·tan(b·e′)
25、上式中，a＝0.1，b＝0.25。
26、進一步地，步驟s3，具體包括：
27、s31、將負反饋閉環系統的傳遞函數表示為：
28、k′g/(1+k′g)
29、其中，k′表示加入非線性反饋后的控制算法；
30、s32、將正反饋閉環系統的傳遞函數表示為：
31、
32、其中，正反饋是將回路中反饋信號由負反饋變為正反饋，對原負反饋中控制器乘-1變成正反饋的控制器，即-k′，最后給系統整體性乘-1。
33、較現有技術相比，本專利技術具有以下優點：
34、1、本專利技術提供的一種考慮惡劣海況的超大型船舶減縱搖控制器的設計方法，設計了一種適用于超大型船舶在惡劣海況下的減縱搖控制器。該控制器結合了余弦和正切函數雙重非線性正反饋控制算法與簡化后的閉環增益成型算法，在降低控制器設計難度的同時，有效解決了因超大型船舶存在長時滯、大慣性特點引起的控制器響應延遲的問題，進一步減少了船舶縱搖的幅值和頻率。
35、2、本專利技術提供的一種考慮惡劣海況的超大型船舶減縱搖控制器的設計方法，考慮控制器會受惡劣海況外界干擾，利用雙重非線性正反饋代替原有誤差反饋，保證控制器在輸出能量少的前提，達到預期的控制效果，使其能更好地應用于實際工程當中。為國內外超大型船舶在惡劣海況下航行提供技術支撐，同時對超大型船舶的發展起到推進作用。
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1.一種考慮惡劣海況的超大型船舶減縱搖控制器的設計方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種考慮惡劣海況的超大型船舶減縱搖控制器的設計方法，其特征在于，步驟S1，具體包括：
3.根據權利要求1所述的一種考慮惡劣海況的超大型船舶減縱搖控制器的設計方法，其特征在于，步驟S2，具體包括：
4.根據權利要求1所述的一種考慮惡劣海況的超大型船舶減縱搖控制器的設計方法，其特征在于，步驟S3，具體包括：
【技術特征摘要】
1.一種考慮惡劣海況的超大型船舶減縱搖控制器的設計方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種考慮惡劣海況的超大型船舶減縱搖控制器的設計方法，其特征在于，步驟s1，具體包括：
3.根據權...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋純羽，隋江華，喬琦，郭特爾，李胤甫，
申請(專利權)人：大連海洋大學，
類型：發明
國別省市：
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