一类大型油轮的混沌特性分析与非线性鲁棒控制

In order to guarantee the safety of marine transportation, the chaos phenomenon in the ship motion is investigated in calm sea, which is discovered by veteran captains on the large oil tanker. The abnormal random swing of the bow of a ship makes it difficult to steer within its shipping route. The concise robust control based on nonlinear feedback is used to compensate the chaotic motion to ensure the navigation safety and shorten the voyage for energy saving. The simulation is carried out in the ship manoeuvring simulator of Dalian Maritime University after the single computer tests, including the digital and analog results. The abnormal phenomenon is studied theoritically, and the chaos is controlled from the viewpoint of engineering. The algorithm has the advantages of simple design procedure and clear physical sense, and is a reference for the other advanced theory algorithms to avoid the problem of control information asymmetry in the practical engineering.

航海实践中，有些有经验的船长在操纵一些大型油轮时发现，即使在海况不恶劣时，船舶也很难保持直线航行，船艏会呈现出一种不规则的随机摆动。为保障海上交通运输安全，考虑船舶操纵运动的本质非线性，研究用混沌理论解释这种现象，并用申请者最新提出的基于非线性反馈的简捷鲁棒控制算法镇定混沌现象，在船舶安全航行的前提下，使船舶少走弯路，缩短航程，节省燃料开支。经过单机仿真之后，将在大连海事大学的大型船舶操纵模拟器中增加相应仿真模块并进行半物理模拟，以再现这种异常现象并改善船舶航向保持效果，取得非线性反馈鲁棒控制算法的仿真结果。该研究从理论和工程应用角度给出了航海实践中异常现象的解释并镇定这种异常现象，所给出的算法将从根本上保证设计的非线性控制器具有鲁棒稳定性和鲁棒性能，力求设计过程简单，物理意义明显。简单的算法使之更容易达到设计者和使用者之间的信息对称，为先进算法的实际应用铺平道路。

航海实践中，有些有经验的船长在操纵一些大型油轮时发现，即使在海况不恶劣时，船舶也很难保持直线航行，船艏会呈现出一种不规则的随机摆动。为保障海上交通运输安全，考虑船舶操纵运动的本质非线性，本研究用混沌理论成功解释了这种异常现象，并用最新提出的基于非线性反馈的简捷鲁棒控制算法镇定混沌现象，在船舶安全航行的前提下，使船舶少走弯路，缩短航程，节省燃料开支。使用航海仿真系统再现了这种异常现象并改善船舶航向保持效果，取得了非线性反馈鲁棒控制算法的仿真结果。该研究从理论和工程应用角度给出了航海实践中异常现象的解释并镇定这种异常现象，所给出的算法将从根本上保证设计的非线性控制器具有鲁棒稳定性和鲁棒性能，设计过程简单，物理意义明显。简单的算法使之更容易达到设计者和使用者之间的信息对称，为先进算法的实际应用铺平道路。本研究发表了60余篇高水平学术论文，其中38篇被SCI收录，出版了2部专著，并于2019年获得教育部自然科学二等奖，授权2项发明专利，超额完成了预期目标。