Abstract
本研究是在探討帆船以帆力回授之自動操舵（簡稱帆舵控制）的基本學理及應用方法，而從帆船穩定性之分析來找出使帆自動操舵以使航向穩定所需的彈箕及齒輪比。本研究中首先是建立了包含大攻角情形旳帆船非線性平面運動方程式。再用數值解的方法來找出系統的平衡狀態，亦即找出系統的操作點，並根據此操作點，以線性化的方法，得到系統的動態方程式。再由此系統的動態方程式來分析開迴路系統的穩定性。在研究中發現帆船在逆風的部份情況下會有不穩定的現象，這主要是由於帆船的縱向度及所使用的帆有不穩定的作用所造成。而在迴路的非線性電腦模擬中發現線性分析之結果僅在小的擾動範圍內有效，亦即當受外界較大的擾動時，帆船可能會失去其原有的穩定性，而產生不穩定的現象。此不穩定的現象據研判主要是由於帆船本身的特殊非線性所造成。對於上述開迴路之種種不穩定現象，本研究在利用帆自動操舵之非線性模擬中，發現帆舵控制確能使航向保持穩定。對於開迴路線性範圍小的現象，帆舵回授控制確能使航向保持穩定。對於開迴路線性範圍小的現象，帆舵回授控制有包容參數不確定的強健作用。至於彈箕和齒輪比之選取，本研究是根據羅斯一赫維茲準則找出彈簧係數和齒輪比的適用範圍，並且發現彈箕係數與齒輪比之穩定邊界有類似直線的關係。