Modern approach to automatic roll damping

Abstract

Работа посвящена задаче демпфирования бортовой качки. Обсуждаются особенности современных датчиков качки, а также средств управления (демпфирования) качки. На примере бортовых рулей показаны особенности динамики приводов. На математической модели качки судна, оборудованного бортовыми рулями, с полигармоническим волновым возмущением подробно исследуется ПД-регулятор демпфирования качки (на примере скоростного катера), анализируется качество демпфирования волнового возмущения при различных значениях коэффициентов регулятора. Проведен анализ изменения качества демпфирования качки при уменьшении быстродействия привода бортовых рулей. Проведен анализ изменения качества демпфирования при транспортном запаздывании измерений качки. Строится оптимальный линейно-квадратичный регулятор состояния второго порядка, приводится корневой годограф замкнутой системы при изменении весовых матриц. Помимо регулятора состояния (ПД-регулятора) строится также динамический робастный к возмущению регулятор. Описывается современный робастный подход к синтезу регуляторов качки, введение частотно-зависимых весовых множителей как способ в частности учета спектра возмущающего воздействия при помощи частотно-зависимых весовых множителей и преобразование объекта. Строятся частотные характеристики по возмущению при различных параметрах робастного регулятора, настроенного на подавление волнового воздействия с колоколообразным спектром. The paper is devoted to the problem of roll damping. The features of modern motion sensors, as well as roll damping actuators are discussed. On the example of fin stabilizers, the features of the dynamics are shown. On the mathematical model of rolling of a vessel equipped with fin stabilizers with a polyharmonic wave disturbance, the PD-regulator of the roll damping is studied in detail (using the example of a high speed craft), the quality of the damping of the wave disturbance at different values of the regulator coefficients is analyzed. The analysis of changes in the quality of roll damping with a decrease in the maximal angular rate of the fin stabilizers actuators is carried out. The analysis of the change in the quality of damping during the transport delay of motion measurements is carried out. An optimal linear-quadratic state controller of the second order is constructed; a root hodograph of a closed system is given when the weight matrices change. In addition to the state controller (PD-controller), a dynamic robust to the disturbance controller is also being built. A modern robust approach to the synthesis of rolling control law is described, the introduction of frequency-dependent weight multipliers as a way, in particular, to account for the spectrum of wave disturbance using frequency-dependent weight multipliers, the transformation of the plant. The frequency characteristics of the perturbation are constructed for various parameters of a robust controller configured to suppress wave action with a bell-shaped spectrum disturbance.