舰船泵-桨-舵鲁棒智能协调控制技术研究

Ship’s waterjet - propeller-rudder has the advantages of high efficiency, low noise and good mobility, and its control system of typical complex uncertain nonlinear multivariable. The paper research ship Robust intelligent coordination control technology for waterjet - propeller-rudde, given the control system architecture. It was Proposed that ship course/ speed coordination - robust optimal control - intelligent decision control strategy of layered hierarchical. Breakthrough the key technologies of online intelligent optimal matching and decision-making with "performance + fast + maneuverability" indicator function for waterjet - propeller-rudder, and uncertain stochastic complex systems robust optimal control, to realize propeller and waterjet optimal matching and angle of rudder and waterjet optimal combination, to achieve the system energy efficiency and optimal control.. The project aims to obtain new analysis methods for multivariable uncertain stochastic nonlinear complex system of common problems ,and provide theoretical guidance and new solutions strategy. Meanwhile, this project aims to solve the practical application problem of waterjet - propeller-rudder coordination control, and to provide technical reserves. Therefore, this project has important theoretical research value and practical application significance.

泵（喷水推进器）-桨（螺旋桨）-舵结构舰船具有推进效率高、噪声小、机动性好、工作模式多等优点，其控制系统为多变量不确定随机非线性复杂系统。课题探索研究舰船泵-桨-舵鲁棒智能协调控制技术，给出控制系统体系结构，提出舰船航向/航速协调-鲁棒最优控制-智能决策的分层递阶控制策略，突破以“效能+快速性+操纵性”指标函数的泵-桨-舵智能在线最优匹配与决策、不确定随机复杂系统鲁棒最优控制等关键技术，实现螺旋桨、喷泵推力最优匹配及舵角、喷口转角的最优组合，使其达到系统节能和最优控制。. 课题致力于获得一类多变量不确定随机非线性复杂系统分析和控制的新方法，为探索不确定复杂系统协调控制这一类普遍存在于控制系统中的共性问题提供理论参考和解决方法。同时，旨在更好地解决舰船泵-桨-舵协调控制问题，为舰船泵-桨-舵控制系统工程实现提供技术储备。因此课题具有重要的理论研究价值和实际应用意义。

舰船喷水推进器与螺旋桨混合推进具有推进效率高、噪声小和机动性好等优点，且有较多的工作模式及功能冗余，使得舰船在各种航速下都有较高的经济性和机动性。课题以中央矢量喷水推进器+左右后侧体对称布置螺旋桨+双舵的舰船为研究对象，分巡航和高速两种工况研究舰船泵桨混合推进智能控制方案和策略，通过泵-桨-舵有机结合及智能控制，达到了降低系统能耗，提高舰船操纵性能的目的。.首先，提出了舰船泵桨混合推进组成方案及智能控制系统的体系结构，进行了船舶运动控制系统数学建模的研究，为控制策略的设计与验证提供平台。.其次，构造了泵桨混合推进综合指标函数，提出了“能耗指标+航速指标函数”最小原则下的泵桨混合推进智能分配策略，实现了系统的节能和最优控制。.再次，舰船泵桨混合推进高速模式控制系统为一类非匹配不确定的多输入多输出复杂系统，提出了航向/航速协调-鲁棒最优控制-智能决策的分层递阶控制方案。.再者，针对巡航模式的舰船运动具有的非线性、不确定、参数时变等特性，并受各种不确定随机干扰的作用，提出了一种变论域自适应模糊控制和最小二乘支持向量机复合的智能控制策略。.最后，进行舰船泵桨混合推进高速和巡航模式智能控制系统仿真验证，并通过与常规控制方法对比分析说明了本文所提控制策略的有效性。在海浪有义波高2米和3.8米，不同浪向下的仿真曲线及统计结果表明：本文所设计的舰船泵桨混合推进航向、航速控制方法对于模型非线性、参数变化、海况随机干扰及泵桨之间的相互作用具有较强的适应性和鲁棒性，控制规律合理，算法完全满足实时性要求。