高速多体船采用流线型支柱对排水体和主体部分进行连接,不仅具有甲板面积宽敞的优点,并且具有航行阻力小、耐波性好、机动性、运载能力强、横向稳定性好等优势,因而成为各国船舶制造行业广泛关注的研究对象。但是,高速多体船的垂向稳定性较差,在海上高速航行时易受到随机风、浪、流的干扰,导致升沉和纵摇运动幅度过大,严重影响多体船的适航性。因此,设计有效的高速多体船减纵摇控制具有重要理论价值和实际意义。高速多体船减摇通过安装T型翼和压浪板两种减摇附体来减少升沉和纵摇运动幅度,但是多体船的升沉和纵摇运动模型存在强耦合、模型参数存在不确定性,并且减摇附体T型翼和压浪板有严格的输入约束,目前单一的减摇控制方法效果欠佳。本论文从高速多体船减摇的强耦合、不确定性、输入约束三方面问题展开研究,其主要内容如下:(1)建立多体船的船体坐标系,基于刚体动量定理和动量矩定理建立垂向运动模型;研究T型翼与压浪板对多体船产生的作用力,对高速航行时受到的海浪扰动进行建模,得到作用于多体船的随机海浪干扰;采用CFD方法更快、更准确求解水动力参数。(2)针对高速多体船的升沉和纵摇运动存在强耦合、参数不确定性的问题,提出一种解耦的鲁棒纵向减摇控制方法。建立由T型翼和压浪板作为减摇附体的多体船模型,通过数学变换将其转化为解耦的纵摇和升沉的控制模型,以及时变耦合项。采用比例-微分方法和等效最小噪声带宽设计了解耦的纵摇和升沉控制器,简化了控制复杂度。在此基础上,将时变耦合项作为系统不确定性,设计扩张观测器进行在线估计和补偿。最后,将综合的总控制量通过减摇附体控制分配矩阵得到T型翼和压浪板的攻角,基于李亚普诺夫稳定性理论证明闭环系统的稳定性。通过仿真和试验验证所提算法的有效性,升沉减少20%-35%,纵摇减少40%-50%。(3)针对高速多体船纵摇和升沉运动存在强耦合,以及减摇附体T型翼和压浪板有严格的输入约束问题,提出一种基于有限时间观测器的预测控制减摇方法。设计有限时间扩张观测器在线快速估计纵摇和升沉的时变耦合项,以及纵摇和升沉状态量,给出了有限时间观测器收敛的理论证明。针对解耦的时变纵摇和升沉的运动模型,提出单步预测控制获得自适应控制量,提高系统的减摇性能,保证减摇附体满足约束。(4)为进一步提高预测控制减摇的实时性,提出一种随机显式预测控制减摇方法。建立高速多体船的随机运动模型,通过卡尔曼滤波的预测估计将多体船的纵摇/升沉状态的随机预测模型转化为状态均值的预测模型。为了减少预测控制在线优化计算量提高实时性,提出了离线设计与在线查询的相结合的显式预测控制,并基于Lyapunov理论分析闭环系统的输入状态稳定。通过仿真验证所提方法的有效性,研究结果表明纵摇减少50%,升沉减少35%,明显改善了多体船的纵向运动性能。