【技术实现步骤摘要】
高速船舶抗浪增稳水动力自适应控制方法及实现装置
[0001]本专利技术涉及一种针对高速船舶抗浪增稳的水动力自适应控制方法及其实现装置，属于高速船舶抗浪增稳水动力自适应控制领域。
技术介绍
[0002]船舶的运动受风浪等因素影响巨大，在波浪中通常做剧烈的横摇运动和纵摇运动，高速航行时的波浪适应性和航行稳定性差，容易出现姿态不稳、水动力性能难以控制等问题。传统船舶通过增加舭龙骨、减摇鳍达到减摇增稳的效果，但这种方法适用性差，在静水环境中会显著增大船舶航行阻力，且无法针对具体的海况自适应调节。以上缺点局限了船舶的应用场景和适用范围，当船舶需要在激浪区、浅水区高速航行时，现有方法由于无法实现波浪中增稳调节和水动力自适应控制而不能在该区域高速执行作业任务和安全稳定航行。
技术实现思路
[0003]为了解决船舶在复杂海况下水动力自适应的问题，本专利技术的主要目的是提供针对高速船舶抗浪增稳的水动力自适应控制方法及其实现装置，通过安装在船体上的各类传感器实时获得船体姿态、附体位置以及海况信息的反馈，在水动力优化控制器中求解附...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.高速船舶抗浪增稳水动力自适应控制方法，其特征在于：基于高速船舶抗浪增稳装置实现，水动力优化控制器结合船体上安装的各类传感器实时感知环境、船体姿态、航速求解不同航速下，驱动附体运动以调节船体的姿态，达到高速船舶抗浪增稳的目的；高速船舶抗浪增稳水动力自适应控制方法，包括如下步骤：步骤一、水动力优化控制器根据船舶六自由度运动方程调节两侧附体的位置，船舶的六自由度运动方程在惯性坐标系表示为：六自由度运动方程在惯性坐标系表示为：六自由度运动方程在惯性坐标系表示为：六自由度运动方程在惯性坐标系表示为：六自由度运动方程在惯性坐标系表示为：六自由度运动方程在惯性坐标系表示为：力{X,Y,Z}和力矩{K,M,N}表示作用在船体上的各种外力的合力和力矩，式中的下标H、P、S、W分别代表船体、推进器、附体以及海浪外界环境条件下的力和力矩，I表示转动惯量，p、q、r分别表示船体相对于x、y、z轴的旋转角速度，u、v、w分别表示船体相对于x、y、z轴的线速度；步骤二、为避免附体频繁移动，采用状态观测的方法实现海浪的滤波，在反馈信号中滤除海浪扰动的高频运动；基于无源理论构建非线性状态观测器，滤波器的形式为：其中ζ
i
＞ζ
n
为陷波滤波器阻尼，ζ
n
一般取0.01
‑
0.1之间，ω
c
＞ω
n
，ω
c
为截止频率，ω
n
通过海浪雷达测得，n为低频的扰动，s为有用信号；将海浪扰动的滤波器与优化控制模块进行综合，提高控制精度；步骤三、在水动力优化控制器中消除外界环境干扰后，针对一定航速V的船体，对附体的纵向距离CL、横向距离ST进行自适应调整，这里定义船体航速优化目标为满足单位排水体积下阻力Rt/Disp最小和耐波性指数SKI最小的双目标优化方式，目标函数可表示为：minRt/Disp＝f(L/B,B/T,CL,ST,V)minSKI＝g(CL,ST,V)其中L/B为船长/船宽，B/T为船宽/吃水。步骤四、在优化过程中为保证船体的安全航行，需要对优化条件进行约束。约束条件为船体的姿态角，设置纵倾角的阈值θ
max
和横倾角阈值若θ＞θ
max
或停止寻找最优解，监测量被传输至优化控制模块，根据船体所需的复原横摇力矩K
H
和复原纵摇力矩N
H
的计算公式调整附体位置，即其中Z
s
为附体所受浮力。
步骤五、当船体姿态角超过安全阈值时，矢量喷口协同附体调整船体姿态；(纵倾角调节：当船体纵倾角超过安全阈值后，矢量喷口适当地进行上下调整，改变水流喷出的方向以提供推力，矢量喷口向上旋转可以实现船体“抬头”改善艏倾，矢量喷口向下旋转可以实现船体“扎头”改善艉倾；(2)横倾角调节：当船体横倾角超过安全阈值后，左右两侧的矢量喷口方向相反，分别提供上和下的推力；如果船体向右舷倾斜，右侧的矢量喷口向下提供升力，左侧的矢量喷口向上喷水，形成横摇复原力矩；步骤六、在满足优化约束条件的前提下，根据优化目标函数采用多目标遗传算法多次迭代获得不同航速下附体位置的最优解；根据解的优越关系建立Pareto多目标遗传算法最优解，决...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈泰然，关义童，黄彪，王国玉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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