船舶非线性横摇运动的分岔控制-哈尔滨工程大学学报.pdf

第３４卷第９期 哈　 尔　 滨　 工　 程　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ．３４ №．９ ２０１３年９月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｅｐ． ２０１３ 船舶非线性横摇运动的分岔控制 胡开业，丁勇，王宏伟，赵藤 （哈尔滨工程大学 船舶工程学院，黑龙江 哈尔滨 １５０００１） 摘　 要：为了提高船舶横摇运动的稳定性，基于分岔理论，设计了一分岔控制器来控制船舶非线性横摇中出现的鞍⁃结分 岔运动．应用多尺度法得到了船舶非线性横摇受控系统主共振情况下的幅频响应方程及奇点的特征方程，由奇异性理论 分析了该非线性系统的分岔特性，提出了抑制或延缓分岔运动产生的控制方法，分析了不同控制方法对船舶横摇运动和 稳定性的影响．数值模拟表明所设计的分岔控制器是可行和有效的． 关键词：非线性横摇；分岔控制；鞍结分岔；规则横浪；奇异性理论 ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃７０４３． ２０１２０９０１２ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ／ ２３．１３９０．Ｕ１４４９．００１．ｈｔｍｌ 中图分类号：Ｕ６６１．３２　 文献标志码：Ａ　 文章编号：１００６⁃７０４３（２０１３）０９⁃１１３１⁃０５ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｓｈｉｐ＇ｓ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｒｏｌｌｉｎｇ ＨＵ Ｋａｉｙｅ，ＤＩＮＧ Ｙｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇｗｅｉ，ＺＨＡＯＴｅｎｇ 　 　 （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｓｈｉｐ＇ｓｎｏｎｌｉｎｅａｒｒｏｌｌｉｎｇｍｏｔｉｏｎ，ａｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｓａｄｄｌｅ⁃ｎｏｄｅｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｍｏｖｅｍｅｎｔｓｔａｋｉｎｇｐｌａｃｅｉｎｔｈｅｓｈｉｐ＇ｓｎｏｎｌｉｎｅａｒｒｏｌｌｉｎｇ，ｔｈｕｓｒｅｍｏｖｉｎｇｏｒｄｅｌａ⁃ ｙｉｎｇ ｔｈｅ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆｊｕｍｐ ａｎｄ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ． Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ⁃ｓｃａｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ⁃ｆｒｅ⁃ ｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｎｇｕｌａｒ ｐｏｉｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｐ＇ｓ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｒｏｌｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｓｉｎｇｕ⁃ ｌａｒｉｔｙ ｔｈｅｏｒｙ． Ｆｕｒｔｈｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｏｒ ｄｅｌａｙｉｎｇ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｗａｓ ｐｒｏ⁃ ｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓｏｎｔｈｅ ｓｈｉｐ＇ｓｒｏｌｌｉｎｇ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ． Ｆｉ⁃ ｎａｌｌｙ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｕｄｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｒｏｌｌｉｎｇ；ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓａｄｄｌｅ⁃ｎｏｄｅ ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ；ｒｅｇｕｌａｒ ｂｅａｍ ｗａｖｅ；ｓｉｎｇ