طراحي كنترل كننده غيرخطي مد لغزشي وغيرخطي براي پايدارسازي حركات چرخشي رول شناور در حال سكون مجهز به عملگر ژايرو

Nonlinear Sliding Mode Controller and Nonlinear H infinity Controller Design for Roll Stabilisation of Ship with Gyro

براي پايدارسازي شناور در سرعت هاي بسيار پايين يا در حال سكون از دو عملگر مخازن فعال و ژايروهاي پايدارساز استفاده مي-شود. اما با توجه به محدوديت فركانس هاي كاري مخازن فعال، استفاده از ژايروها پيشنهاد مي گردد. با توجه به اهميت اثرات غيرخطي مانند چسبندگي و نيروهاي هيدروديناميكي، در اين مقاله مدلي غيرخطي توام با عملگر ژايرو استفاده شده است. با توجه به خصوصيات امواج واقعي دريا، اغتشاش حاصل از امواج به صورت عدم قطعيت غير پارامتري مي باشد. لذا از كنترل كننده غيرخطي مد لغزشي براي رسيدن به يك سيستم مقاوم در برابر اغتشاش امواج استفاده شده است. همچنين كنترل كننده H_? غيرخطي براي محدودسازي هرچه بيشتر اثر اغتشاش بر ورودي طراحي شده است. كنترل كننده مد لغزشي انرژي كنترلي بيشتري مصرف مي كند در عوض عملكرد ميراكنندگي آن بيشتر است. كنترل كننده H_? غيرخطي انرژي كنترلي پايين تري مصرف مي كند و در عوض عملكرد ميراكنندگي آن نسبت به حالت قبل كمتر است. ايده اصلي مدل استفاده شده در اين مقاله از مرجعي گرفته شده است كه در آن تخمين داده هاي مربوط به مدل از روي يك شناور واقعي با عملگر ژايروي موسوم به هالكون انجام شده است. با اعمال كنترل كننده هاي غيرخطي طراحي شده، عملكرد ميراكنندگي در گستره وسيعي از شرايط دريايي افزايش يافته است. علاوه بر اين در مقاله حاضر اثرات غيرخطي در مدل لحاظ شده است. شبيه سازي هاي نهايي بر مبناي تحليل هاي طيف موج، كارايي كنترل كننده ها را براي سيستمي مقاوم با پايداري مجانبي در مقابل امواج دريا نشان مي دهد.

For stabilization of zero speed ships active anti roll tanks and gyro stabilizers are used. Because of anti roll tank limitations on working frequencies gyro stabilizers are proposed. A nonlinear model for ship is used to simulate hydrodynamic forces. Wave’s disturbances are considered as non-parametric uncertainty. A sliding mode controller is used for roll stabilizing. A nonlinear h infinity controller is designed to reduce the disturbance effects on the ship. The designed sliding mode controller uses more control energy from h infinity controller. Instead roll reduction of the sliding mode controller is grater from the other one. The main concept of the used model in this article was taken from an authority that ship model data estimated from real ship with Halcyon gyro actuator. Roll reduction increases by applying designed controllers in wide range of sea states. In addition nonlinear effects intended in this article. Simulation results based on Jonswap wave spectrum demonstrates the performance of robust system in confrontation with wave perturbations.