舶舵鳍联合控制的综述

船舶舵鳍联合控制是在鳍减摇和舵减摇基础上发展起来的一种减摇方式，也是船舶减摇控制领域的一个重要研究课题，它能在克服鳍减摇和舵减摇缺点的同时提高减摇效果，通过对舵鳍联合控制的研究情况的综述和总结，概述了舵鳍联合控制的优点及发展过程，并根据国内外现有的研究情况，分析和讨论了舵鳍联合控制的发展趋势。     

关于舵在尾斜浪和横浪中横摇衰减效果的理论研究

由于操舵时不仅产生摇首力矩,同时也产生横摇力矩,故利用这一效果来减低横摇就成为一个合乎逻辑的设想。 借助于自动操舵仪和附加的横摇反馈控制,有可能在外界扰动和舵对横摇的扰动力矩之间建立起适当的相位关系。本文将基于势流理论和切片方法的船舶在波浪中运动的理论计算方法加以扩展,来估价受控舵作为一种横摇衰减装置的可行性和有效性。 文中给出了一些理论考虑和装备减摇舵的一艘特定船舶在尾斜浪和横浪中运动的数值计算结果及分析。 分析表明,附加的横摇角速度反馈控制下的舵能在几乎所有感兴趣的波长范围内减低横摇,特别是在横浪中及船舶横摇固有频率附近最为有效。至少减摇舵能减低自动操舵仪所激起的横摇运动。受控舵作为一种减摇装置是可行和有效的。与减摇鳍和减摇水舱相比,减摇舵是个经济的选择。 若用本文中提出的方法,对欲装备减摇舵的指定船舶进行系统的计算,则能对减摇舵的性能作出综合评价,并为该船的减摇舵控制系统参数设计提供量的指导。     

一种采用模糊控制的舵减摇系统的仿真研究

本文将模糊控制理论应用于船舶操纵及横摇运动控制，建立了舵用于操纵及减横摇的数学模型，开发了舵减摇模糊控制计算机仿真系统。仿真结果表明，在定常风或海流作用下，利用舵来保持船舶的船向，位置及减小船舶横摇都是非常有效的。     

舵减摇系统控制机理研究

本文研究了航行于波浪中的舰船受到的波浪力矩的特性、舰船的横摇运动特性以及舵作为 减摇设备使用的特性,并在此基础之上探讨了舵减摇系统的控制机理,指出了舵减摇系统的控制策略.     

船舶舵减横摇H∞鲁棒控制系统

研究了船舶舵减横摇鲁棒控制系统设计问题。根据船舶运动和流体力学原理,指出了舵上产生的横摇力矩及船舶航向(艏摇)与横摇的分频特性,是舵-航向/横摇综合控制技术的基础。提出广义输出干扰的概念,将舵减横摇控制系统广义对象的奇异控制问题转化为非奇异标准控制问题,给出了艏摇/横摇耦合运动的线性分式变换模型和广义对象状态空间实现,设计了舵减横摇H∞鲁棒控制系统,并用结构奇异值理论对所设计的系统进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析。通过数字仿真,证明所设计的控制系统具有良好的减摇控制效果和鲁棒性。     

舵减摇系统的滑动控制

研究舰船在波浪中的横摇运动特性,探讨舵减摇系统控制机理。在考虑舵作为减摇设备使用的特性基础上,进行滑动控制规律设计,所得算法简单、实用性强     

减摇水舱的设计应用

0引言 船舶在水面上的运动可以简化为一个刚体的自由运动，其最基本、最重要的运动是：纵摇、横摇、首摇、纵荡、横荡和垂荡。对于船舶横摇的研究，其成果已在实际中运用多年，并发展出多种减摇装置，主要有4种：龙骨、减摇鳍、舵减横摇、减摇水舱。     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为厂提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性．设计了舵鳍联合减摇控制器。分析了船舶运动的非线性模型，根据实际情况进行假设，得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程，把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型；将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统．进行了舵鳍联合控制，设计了分散变结构控制器，最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明：舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇，并能尽可能大的减小横荡。     

减摇航向保持舵的多目标协同优化控制

为使航向保持自动舵在简捷PD控制的基础上具备舵减摇功能,首先建立简捷PD航向保持和舵减摇控制器,以航向保持精度、舵减摇率和舵机能耗3个目标函数,利用NSGA-Ⅱ实现控制系统参数的协同优化。以非线性船舶运动模型为控制对象进行仿真试验,结果显示Pareto优化解集能充分反映多目标函数之间的制约性,与经验参数方案相比,在增加舵机能耗的前提下能够实现更高的舵减摇率和更好的航向保持精度。     

舵减摇系统

本文提出了一种新的舵减摇控制系统，利用偏航信号构成指数函数，以调节减摇信号的大小，在尽可能少地影响舵系统的正常功能的条件下，完成的减摇动作，以达到舵减摇的目的。     

护卫舰横摇稳定舵的H∞/H2控制器的设计和比较（英文）

The roll motions of ships advancing in heavy seas have severe impacts on the safety of crews, vessels, and cargoes; thus, it must be damped. This study presents the design of a rudder roll damping autopilot by utilizing the dual extended Kalman filter(DEKF)–trained radial basis function neural networks(RBFNN) for the surface vessels. The autopilot system constitutes the roll reduction controller and the yaw motion controller implemented in parallel. After analyzing the advantages of the DEKFtrained RBFNN control method theoretically, the ship's nonlinear model with environmental disturbances was employed to verify the performance of the proposed stabilization system. Different sailing scenarios were conducted to investigate the motion responses of the ship in waves. The results demonstrate that the DEKF RBFNN–based control system is efficient and practical in reducing roll motions and following the path for the ship sailing in waves only through rudder actions.     

基于多目标遗传算法舵鳍联合减摇系统能量优化研究（英文）

Energy optimization is one of the key problems for ship roll reduction systems in the last decade. According to the nonlinear characteristics of ship motion, the four degrees of freedom nonlinear model of Fin/Rudder roll stabilization can be established. This paper analyzes energy consumption caused by overcoming the resistance and the yaw, which is added to the fin/rudder roll stabilization system as new performance index. In order to achieve the purpose of the roll reduction, ship course keeping and energy optimization, the self-tuning PID controller based on the multi-objective genetic algorithm(MOGA) method is used to optimize performance index. In addition, random weight coefficient is adopted to build a multi-objective genetic algorithm optimization model. The objective function is improved so that the objective function can be normalized to a constant level. Simulation results showed that the control method based on MOGA, compared with the traditional control method, not only improves the efficiency of roll stabilization and yaw control precision, but also optimizes the energy of the system. The proposed methodology can get a better performance at different sea states.     

Parametric roll mitigation using rudder control

Severe roll angles can be developed by parametric excitation in relatively moderate weather without any apparent pre-warning for the crew onboard. In this study the prospect of using rudder control to mitigate parametric roll was investigated using multi-degree of freedom simulations. A typical modern Pure Car and Truck Carrier was considered and modelled by coupling a roll model with a planar motion manoeuvring model. The combined model was calibrated using in-service, full-scale trials and model tests. Irregular variations of the metacentric height were applied to simulate recorded, full-scale events of parametric roll that have occurred with the considered design. These simulations with rudder roll control showed promising results and demonstrate that the approach could be very efficient for mitigation of parametric roll.     

基于减摇鳍辅助回转的船舶操纵性能研究

基于MMG分离式建模思想，考虑作用在船体、螺旋桨、舵、鳍的水动力作用，建立双桨双舵船舶四自由度非线性数学运动模型，对某船模在静水中的回转性能进行仿真分析，将单独舵控制的仿真结果与船模试验结果进行了验证和分析，并对比了单独舵控制和舵、鳍联合控制下的回转性能，结果表明鳍参与控制回转时能明显缓解回转过程中的横倾。     

闭环增益成形算法在舵阻摇系统中的应用

给出了单输人多输出(SIMO)系统即被控对象为非方阵情况下的闭环增益成形控制算法。考虑到舵阻摇系统的闭环传递函数阵一定是奇异的，以及具有1个输入控制2个输出的特点，在保证其中1个输出尽量小而另1个输出跟踪输入的前提下，将闭环传递函数阵即补灵敏度函数阵设为具有一阶惯性的奇异阵，设计出鲁棒控制器。研究并建立舵阻摇系统的非线性模型，并在Matlab中通过编写S函数来实现。用设计好的控制器对非线性模型进行仿真，运用Simulink工具箱得到仿真曲线，从仿真曲线可看出此控制器具有良好的鲁棒性能。通过分析并比较组摇前和组摇后的各组仿真曲线，算出减摇率在50%左右，减摇效果较好。     

遥控自航船模舵减摇试验研究

本文报导用遥控自航船模在纯横浪条件下进行的舵减摇试验研究。     

减摇鳍/水舱联合减摇系统模糊自适应滑模控制

针对减摇鳍和被动式减摇水舱设备在不同航速下的减摇特点,建立了船舶减摇鳍/水舱联合减摇系统的横摇数学模型。结合模糊自适应控制良好的逼近特性和滑模控制算法对扰动和模型参数变化的不灵敏性,设计了减摇鳍/水舱联合减摇系统的模糊自适应滑模控制器。采用实船参数的仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的自适应性和鲁棒性,减摇鳍/水舱联合减摇控制系统在不同海况和不同航速下均具有良好的减摇效果。     

船舶大舵角转向时艏摇与横摇的耦合仿真研究

摘要：为进一步研究船舶在大幅度转向时艏摇和横摇的耦合机制,在非线性船舶运动数学模型的基础上,进行了不同情形下的操纵仿真试验。试验结果显示在大舵角转向时,船舶的艏摇和横摇运动存在较强的耦合作用,横摇幅度和艏摇幅度存在正相关性。指出大幅度的横摇使艏摇出现相位滞后和偏离基准航向的现象;在横摇过大的情况下,大幅度动舵和加速操纵将导致稳性迅速消失和航向打横。