评估零速鳍片滚转阻尼的线性控制策略-计算机科学-机器学习-船舶运动控制.pdf

评估零速鳍片滚转阻尼的线性控制策略

NikitaSavinElenaAmbrosovskaya

DmitryRomaevAntonProskurnikov

NavisJSC,St.Petersburg,Russia

St.PetersburgElectrotechnicalUniversity“LETI”,Russia

PolitecnicodiTorino,Italy

摘要横摇稳定是船舶运动控制的关键方面，特别是对于在低速或零速条件下运行的船只而

言，在这些条件下，传统的水动力舵翼会失去其有效性。本文中，我们考虑了NavisJSC

开发的一种基于两个主动控制零速舵翼的横摇阻尼系统。与传统舵翼稳定器不同的是，零

速舵翼采用基于阻力机制和主动振荡来生成即使在船舶静止时也能产生稳定的力。我们提

本出了一种简单的线性控制架构，但这种架构考虑了非线性阻力力和执行机构限制。使用用

译于HIL测试的高保真船模进行的仿真结果证明了所提方法的有效性。

中Keywords:摇摆阻尼，零速鳍稳定器，船舶运动控制，稳定性

1

v

71.介绍在自然滚转频率下命令它们产生高频率横向力显著加

6速了机械磨损并缩短了使用寿命。

8

5横摇阻尼是船舶运动控制中长期研究的问题——在客

0.轮上尤为重要，因为舒适度是最优先考虑的；同时，在因此，专用的横摇稳定器通常比基于舵的横摇阻尼更受

7欢迎。这些解决方案涵盖了从被动和半被动设备——舭

0商用和特种船只上也至关重要，过度的横摇会危及货物龙骨、防横摇水舱以及固定或可变几何鳍片——到完全

5安全、降低操作效率，并阻碍诸如海上装载、地震勘探

2主动系统，例如液压或电动鳍片稳定器和陀螺装置，它

:或ROV部署等精密作业。

v们利用传感器和先进的控制算法来实现最佳的横摇减

i

x一系列抗横摇方法已被开发出来，从被动舭龙骨和调小，但代价是更高的能耗和机械复杂性。

r

a谐抗横摇舱到主动稳定器；请参阅(PerezandBlanke,

对于游艇和小型客船，通常的选择是在陀螺稳定器和船

2012;Perez,2006)以获得全面的综述。

体安装的稳定鳍之间进行选择。在巡航速度和严重横摇

一种滚转阻尼方法–通常称为舵滚阻尼(vanAmeron-条件下，稳定鳍通常优于陀螺稳定器，因为鳍不受像陀

genetal.,1990)–利用船舶的矢量执行器，如传统舵、螺那样的机械饱和限制，陀螺可能会达到其最大倾斜角

方位推进器和沃依特-施耐德螺旋桨（VSP）来生成所度。此外，在这些条件下，鳍所需的功率单位阻尼扭矩

需的反滚力矩以实现稳定。这种方法消除了对专门用于更小。另外，船体安装的鳍执行器保留了宝贵的内部空

滚转稳定的硬件的需求。然而，由于相同的执行器也用间，并且与陀螺稳定器相比，通常具有更简单、要求更

于航向和位置控制，因此需要在操控性能和滚转阻尼效低的维护需求。然而，传统的鳍在低速时会失去效果，

果之间进行仔细权衡(Perez,2006;Kapitanyuketal.,因为它们产生的流体力举升力与船舶通过水的速度成

20