小水线面双体船(Small Water-Plane-Area Twin Hull,缩写SWATH)与常规单体船相比具有优良的耐波性。但是较小的水线面积导致纵倾恢复力矩减少,尤其在中高速时,由于作用在水下船体上的“MUNK”力矩的作用容易使船丧失纵向运动稳定性,最后使船失去正常航行能力或造成船舶颠覆。那么,必须采取一些措施来保证这个问题得到解决,至今为止,采用稳定鳍是最好的办法。本文正是基于此种状况下,用线性二次最优控制方法对小水线面双体船纵向运动控制系统的研究进行了一些尝试。 本文首先回顾了目前国内外小水线面双体船的发展现状及减摇措施现状,然后根据纵向运动切片法原理介绍了小水线面双体船运动方程的建立,接着论述了稳定鳍的选择与小水线面双体船运动稳性的关系,并在此基础上讨论了结合线性二次最优控制理论的纵向运动控制系统的设计与研究,并用Matlab进行了仿真,通过探讨权矩阵的选取规律及相关仿真结果可以看出,基于线性二次型最优控制算法优化得到的运动方程有很好的动态性能。另外,本文还尝试了用线性二次型高斯最优控制算法来对本系统进行优化设计,由于线性二次高斯最优控制考虑系统的随机输入噪声与随机量测噪声,故采用这种控制策略对解决二次型最优控制问题显然更具有实用性。 本文在线性二次最优控制设计中关于权矩阵的选取问题作了大量的试验与仿真分析,得到了关于权矩阵选取的一些基本规律。值得一提的是关于权矩阵的选取虽然是针对于小水线面双体船纵向运动控制系统的,但它的设计过程是独立于对象的,因此,在其它线性二次最优控制中关于权矩阵难以确定的场合,采用这种规律进行权矩阵的设计应该有一定的参考价值。