一种高速多体船的纵向减摇预测控制方法

来源：江苏大学学报·自然科学版杂志2022年第1期北京时间：

作者：温昊1,张军1,胡浩俊1,李国胜2

单位：1. 江苏大学 电气信息工程学院, 江苏 镇江 212013； 2. 哈尔滨工程大学 智能科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001

摘要：针对高速多体船在航行中纵摇和升沉运动幅度过大，以及减摇附体有严格的输入约束问题，提出一种有限时间观测器和单步预测控制相结合的纵向减摇方法.首先，建立由T型水翼和压浪板作为减摇附体的高速多体船控制模型，分析升沉运动和纵摇运动的耦合性，将控制模型分解为降维的单入单出模型和耦合量2项.其次，设计有限时间扩张观测器在线快速估计纵摇和升沉运动的时变耦合项，实时前馈补偿.在此基础上，针对补偿后的纵摇及升沉的运动模型，提出局部单步预测控制以提高系统的减摇性能，保证减摇附体满足约束.最后，将反馈预测控制量和补偿耦合量进行综合，通过减摇附体制分配矩阵得到T型水翼和压浪板的攻角.通过仿真验证该算法的有效性，结果表明升沉减少40%~50%，纵摇减少50%~65%.

关键词：高速多体船, 减纵摇控制, 扩张观测器, 预测控制, 仿真验证

基金资助：国家自然科学基金资助项目(61503158, 51379044); 江苏省高校优势学科建设工程三期项目(PAPD-2018-87)