黄朝明 刘如磊 章志浩 林叶锦 王 菲

1(大连海事大学轮机工程学院 辽宁 大连 116026) 2(大连海事大学信息科学技术学院 辽宁 大连 116026)

0 引 言

无人帆船是一种以海洋清洁能源(风能)为驱动的多用途新型移动观测平台，可以胜任远海作业，具有实时数据传输功能、低营运成本的优势[1]。无人帆船与传统无人艇的主要区别在于其没有内在动力系统，仅靠风对风帆作用力作为航行的动力。风速和风向的变化，不仅影响帆船的航向，还会影响帆船的航速。在一定风速下，帆船稳定航速会受风向、风帆攻角和帆船航向的共同影响。因此，在时变风况下无人帆船稳定航行中获得最大航速是一项较为复杂的任务。为使无人帆船获得最大航速，目前风帆控制策略的研究主要有最大助推力法[2-4]、相对风向角线性相关法[5]、横倾角—最大航速函数分析法[6]等方法。王倩等[2]基于最大助推力系数下的风帆攻角控制策略建立Fujin帆船运动模型；王国刚[3]和于升杰等[4]基于最大风帆助推力对应的操帆曲线对风帆助航船舶进行研究。Abril等[5]采用操帆经验帆位角近似是相对风向角的一半的规则搭建风帆攻角模糊控制器。Stelzer等[6]研究最大航速与横倾角度对应的函数关系，控制帆船的横倾角来编写风帆攻角控制规则。上述关于无人帆船风帆控制策略的研究仅关注风帆助推力对航速的影响。风帆为帆船提供助推力的同时也会产生侧推力及偏航力矩[7]，较大的侧推力和偏航力矩不仅会增大帆船的漂角和舵角，而且使帆船航行阻力增加，进而使帆船航速降低。……