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Design a software real-time operation platform for wave piercing catamarans motion control using linear quadratic regulator based genetic algorithm

机译：基于线性二次调节器的遗传算法设计穿浪双体船运动实时控制软件平台

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摘要

This work presents optimal linear quadratic regulator (LQR) based on genetic algorithm (GA) to solve the two degrees of freedom (2 DoF) motion control problem in head seas for wave piercing catamarans (WPC). The proposed LQR based GA control strategy is to select optimal weighting matrices (Q and R). The seakeeping performance of WPC based on proposed algorithm is challenged because of multi-input multi-output (MIMO) system of uncertain coefficient problems. Besides the kinematical constraint problems of WPC, the external conditions must be considered, like the sea disturbance and the actuators (a T-foil and two flaps) control. Moreover, this paper describes the MATLAB and LabVIEW software plats to simulate the reduction effects of WPC. Finally, the real-time (RT) NI CompactRIO embedded controller is selected to test the effectiveness of the actuators based on proposed techniques. In conclusion, simulation and experimental results prove the correctness of the proposed algorithm. The percentage of heave and pitch reductions are more than 18% in different high speeds and bad sea conditions. And the results also verify the feasibility of NI CompactRIO embedded controller.
机译：这项工作提出了一种基于遗传算法（GA）的最优线性二次调节器（LQR），以解决波浪双体船（WPC）在公海中的两个自由度（2 DoF）运动控制问题。所提出的基于LQR的GA控制策略是选择最佳加权矩阵（Q和R）。由于不确定系数问题的多输入多输出（MIMO）系统，对基于所提出算法的WPC的航海性能提出了挑战。除了WPC的运动学约束问题外，还必须考虑外部条件，例如海面干扰和执行器（T型箔和两个襟翼）控制。此外，本文描述了MATLAB和LabVIEW软件平台，以模拟WPC的减少效果。最后，基于提出的技术，选择实时（RT）NI CompactRIO嵌入式控制器来测试执行器的有效性。总之，仿真和实验结果证明了该算法的正确性。在不同的高速和恶劣的海况下，升沉和俯仰降低的百分比超过18％。结果也证明了NI CompactRIO嵌入式控制器的可行性。

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