基于ADRC的SWATH船鲁棒纵向运动控制设计与比较

本文主要探讨了"基于自抗扰控制的SWATH船纵向运动控制"这一主题，针对小水线面双体船（SWATH）这一高性能船舶在实际操作中遇到的非线性、强耦合性和参数不确定性问题。SWATH船因其优秀的自然运动特性，如长周期的自然振动、优良的耐波性能和较少的失速，被广泛应用于多种场合，如水声监听、海洋考察、军事辅助以及休闲娱乐等。然而，其船体设计使得纵倾回复力矩减少，随着速度提升，下潜体受到的MUNK力矩增加，可能导致纵向失稳。 为了解决这个问题，研究者们采取了主动控制策略，其中自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）作为一种关键方法被引入。ADRC的核心在于实时估计和补偿系统模型的摄动和外部干扰，通过动态反馈线性化技术，使得原本复杂的非线性系统在控制层面变得更易于处理。文章中，作者叶志洲、姚华利和孙洪飞构建了一个特定型号的SWATH纵向运动ADRC多变量解耦控制系统，并将其与传统的线性二次型调节器进行比较，以验证ADRC的鲁棒性和适应性。 在实验部分，朱炳泉等人曾设计了比例与微分反馈控制系统，对SWATH船的纵向运动进行控制，但这种方法依赖于精确的水动力系数和鳝鳍升力特性的测量，且控制器参数设定是针对特定频率的。相比之下，刘强采用概率鲁棒控制和μ综合控制方法，试图更为全面地抑制升沉和纵摇运动的幅度，但同样面临精确参数测量的挑战。 通过数值仿真，结果显示基于ADRC的控制系统在应对模型不确定性及外部扰动时展现出良好的性能，这表明该方法在提高SWATH船纵向运动控制的鲁棒性和适应性方面具有显著优势。本文的研究成果对于优化SWATH船舶设计和提高其在各种应用场景下的运动性能具有重要的理论和实践价值。