穿浪双体船以高航速在海上航行时,会受到复杂的海浪环境的扰动,从而造成船体的剧烈运动,这对于船上人员及设备的安全有着很大的威胁,严重时会对船体本身的结构造成损害,若船舶兼具高要求的作战任务,其在海上不稳定的摇摆会降低船舶的精确打击能力,也可能造成设备的失灵。另外,穿浪双体船的运动所产生的垂向加速度会导致船上人员产生晕船反应,依据个人体质不同,严重时会造成呕吐、惊厥等情况的发生。根据以上情况的描述,穿浪双体船在海面上航行时,必须装备抑制船体运动的稳定装置,来保障船舶的航行安全和舒适性。首先,对多个海区的海浪谱密度进行分析,其中包括适用于中国沿海的海浪谱,如东海海域谱以及广东阳西海浪谱,得到了不同海况时的穿浪双体船所受到的海浪扰动力和力矩。接着,通过对一般船舶六自由度运动模型的建模分析,得到本文所研究的穿浪双体船在顶浪和横浪情况下的两自由度和三自由度的运动模型,依据切片法进行船体纵向耦合运动的水动力系数求解,并通过对裸船体的运动仿真,得到其横摇运动响应,最终船体横摇模型的水动力系数可通过求解横摇衰减模型得到。其次,为了抑制船体的埋艏、纵倾等垂向运动,在穿浪双体船艏部和尾部分别安装了T型翼和尾板,T型翼因其在船艏部安装位置的不同,其立柱高度也是变化的,基于水翼实用性和安全性考虑,选择适当的立柱高度限定范围,通过对不同海况和航速下的穿浪双体船裸船体进行运动仿真,以及进行受船体约束的T型翼的水动力仿真,得到最终的T型翼与穿浪双体船相适配的模型。最后,通过理论分析T型翼和尾板不同面积时固定攻角情况的减摇效果,当船体航行在复杂多变的海况环境时,可根据当前海洋环境判断出所要使用的水翼面积及其工作角度范围,可最大限度地改善船舶耐波性,提高船舶舒适度。再次,基于T型翼/尾板的穿浪双体船姿态系统的设计,提出了不同水翼之间组合形式的选择方案:单独T型翼控制,单独尾板控制以及两者相结合的控制,其中每种形式都包含水翼不同面积的选择,通过对不同方案减摇效果的分析,得到T型翼与尾板联合控制的方式对船体运动的减摇效果最为明显。接着,设计了基于遗传算法的线性二次型最优控制器(LQR-GA控制器),通过对权重系数进行全局优化,使得船体在多海况、多航速下,T型翼/尾板装置都能提供有效的控制力和力矩,达到船体减摇的目的。然后,分别基于LQR-GA算法、线性二次型最优高斯控制算法(LQG算法)以及模型预测控制算法(MPC算法)对穿浪双体船横摇、垂荡及纵摇运动进行双尾板的控制,由仿真结果可得,都不同程度地控制了船体的运动。最后,为了检验船体基于T型翼/尾板的减摇效果,对船体进行顶浪和横浪条件下的舒适度评估,根据绘制的船体晕船三维图像可得,基于T型翼/尾板的穿浪双体船姿态控制系统的建立可有效改善船体的舒适度,减少晕船的发生。最后,基于上述对穿浪双体船运动模型的建立、T型翼/尾板与船体的适配性仿真以及基于多种控制算法的船体姿态控制系统研究的基础上,可进行穿浪双体船基于T型翼/尾板的综合姿态控制的仿真研究。基于MATLAB&SIMULINK和LabVIEW人机交互软件进行海浪扰动模型、船体运动模型、水翼升力模型以及所提出的控制算法模型的搭建,最终通过仿真曲线或三维动态图像进行船舶减摇效果的演示。进一步地,在NI CompactRIO控制器中进行控制算法的优化设计,将其控制信号输出至计算机中的控制水翼模块,也可得到船舶的减摇效果,最终通过船舶运动模拟台进行减摇后的船舶运动的输出演示,可直观感受海浪扰动下,加装水翼的船舶运动状态,并验证了所设计的基于T型翼/尾板的穿浪双体船姿态控制系统的可行性和有效性。