学习经历：2022.3-至今 高速多体船减纵摇控制研究
负责人
高速多体船的装载量更大，横向稳定性更佳，操控性更好，具有广阔发展前景。然而，在强海浪扰动作用下高速多体船的垂向运动变化剧烈，升沉和纵摇运动幅度过大，影响适航性。因此如何减少多体船的垂向运动幅度具有重要的实际意义。目前高速多体船减摇主要安装工型翼和压浪板两类减摇附体实现协同减摇，通过控制 T 型翼和压浪板的攻角实现闭环减摇。针对带有减摇附体的高速多体船减摇系统进行建模，设计减摇控制算法并进行理论推导，证明算法可行性及稳定性，利用 Matlab 平台编程仿真并进行实验验证。本项目采用反馈+前馈补偿的复合控制方案进行减摇。考虑减摇性能设计高速多体船减纵摇控制方案设计包括:
1. 基于高阶扩张状态观测器的低增益-预测控制：前馈采用高阶扩张状态观测器在线估计集总扰动，根据集总扰动的动态特性，将集总扰动扩张为 3 个虚拟状态量，改善扰动估计精度；同时为了减小低增益控制的保守性，在此基础上结合预测控制原理，设计低增益-预测控制，与高阶扩张状态观测器结合设计基于高阶扩张状态观测器的低增益-预测控制，极大改善了多体船的减摇效果。
2. 基于复合误差的扩张状态观测器的漏斗减摇控制：由于在随机海浪作用下，多体船的升沉和纵摇运动呈现随机信号特性，且快速变化，因此该方法将闭环反馈误差引入观测器，结合状态误差和反馈误差设计基于复合误差的扩张状态观测器在线估计集总扰动，提高抑制海浪扰动的能力；同时由于预测控制在线计算量较大，该方法设计漏斗控制器，根据跟踪误差与预先设计的性能漏斗之间的偏差，设计时变的控制增益，保证跟踪误差在任意时刻能够始终位于上述性能漏斗内侧，提高瞬态性能和稳态性能。
3. 基于扰动观测器的固定时间滑模减摇控制：针对以上两种控制器结构复杂以及收敛时间的不确定性，本方法直接根据固定时间理论设计扰动观测器以及固定时间滑模控制，在固定时间内使得系统状态到达滑膜面从而达到减摇的目的。
科研成果：申琦清.基于低-高增益反馈控制和扩张状态观测器的双体船减纵摇研究.中国舰船研究。