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舵鳍联合减摇系统建模与滑模控制研究

舵鳍联合减摇系统建模与滑模控制研究

摘要：随着船舶的发展和应用需求的不断提高，舵鳍联合减摇系统

的研究和应用变得越来越重要。本论文针对舵鳍联合减摇系统进行了建

模与滑模控制研究。首先，根据舵鳍联合减摇系统的结构特点，建立了

系统的动力学模型。然后，针对系统的非线性和时变特性，设计了基于

滑模控制的控制策略，并通过仿真实验验证了滑模控制方法的有效性。

最后，对研究结果进行了讨论和总结，并指出了进一步研究的方向。

关键词：舵鳍联合减摇系统、建模、滑模控制、非线性、时变

一、引言

随着船舶的发展和应用需求的不断提高，减摇控制系统在船舶设计

和运行中发挥着重要作用。舵鳍联合减摇系统是一种常用的减摇控制系

统，其通过联合控制船舶的舵和鳍来实现减摇效果。对于舵鳍联合减摇

系统的建模和控制方法研究，不仅可以提高船舶的减摇性能，还可以提

高船舶的稳定性和操纵性能。

本论文以舵鳍联合减摇系统的建模与滑模控制研究为题，针对该系

统的非线性和时变特性，设计了一种基于滑模控制的控制策略，并通过

仿真实验验证了该方法的有效性。

二、舵鳍联合减摇系统的建模

舵鳍联合减摇系统包括船舶、舵机与鳍。船舶作为载体具有一定的

动力学特性，舵机和鳍作为执行器控制船舶的姿态和减摇效果。首先，

对船舶的动力学进行建模，包括船舶的运动学方程和船舶的力学方程。

然后，根据舵鳍与船舶的关系，建立船舶姿态与舵鳍的控制关系，得到

舵鳍联合减摇系统的动力学模型。

三、滑模控制策略设计

针对舵鳍联合减摇系统的非线性和时变特性，本论文设计了基于滑

模控制的控制策略。首先，对系统的非线性和时变特性进行分析，确定

系统的滑模面。然后，设计滑模控制器，利用滑模面来实现系统的减摇

效果。滑模控制器可以通过改变控制量的大小和方向适应系统的非线性

和时变特性，从而改善系统的性能和稳定性。

四、仿真实验验证

为了验证滑模控制方法的有效性，本论文进行了仿真实验。首先，

利用Matlab/Simulink软件搭建了舵鳍联合减摇系统的仿真模型。然后，

根据系统的动力学模型和滑模控制策略，进行了减摇控制的仿真实验。

实验结果表明，利用滑模控制方法可以有效地减小船舶的摇摆幅度，并

提高系统的响应速度和稳定性。

五、讨论与总结

通过对舵鳍联合减摇系统的建模与滑模控制研究，本论文提出了一

种有效的减摇控制方法。该方法可以克服舵鳍联合减摇系统的非线性和

时变特性，提高船舶的减摇性能和稳定性。然而，本论文研究的控制方

法还存在一些不足之处，比如对于系统的参数变化和外部扰动的鲁棒性

有待改进。进一步研究可以考虑引入自适应控制和模糊控制等方法，以

提高舵鳍联合减摇系统的性能和稳定性。

六、参考文献

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