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基于FLUENT的深潜救生艇运动建模和控位方法研究
| 论文题名： | 基于FLUENT的深潜救生艇运动建模和控位方法研究 |
| 关键词： | 深潜救生艇;运动建模;控位方法;最小二乘法 |
| 摘要： | 近年来，随着中日海洋争端问题的日益严峻，大力发展我国海军作战能力、提升海军装备，已成为刻不容缓的需要。深潜救生艇作为潜艇安全保障和援潜救生的主要装置，其研究和发展也是不容忽视的。 动力定位系统作为深潜救生艇执行使命的关键设备，其研究意义不言而喻。控制算法是决定动力定位系统性能优劣的关键，深潜救生艇运动数学模型则是深潜救生艇运动仿真和控制问题的基础。深潜救生艇运动数学模型中，流体水动力系数是重要的组成部分。目前，流体水动力系数的计算主要依靠半理论半经验估算方法、模型试验方法、基于CFD（流体力学计算软件）的数值模拟计算方法。半理论半经验估算公式得到的估算结果粗略，无法切实、完全地体现潜艇外型的改变，工程实用性较差。模型试验则存在试验周期长、资金消耗大、不能满足工程进度要求等缺点。基于CFD的数值模拟计算方法因具有周期短、成本低、信息量大、能实现快速响应等优势而广受关注，应用范围越来越广。 本文从深潜救生艇运动建模方法和控制器设计两个方面，展开对深潜救生艇动力定位系统的研究。 首先，基于MMG分离型建模方法，对深潜救生艇进行理论建模分析。重点分析了在动力定位这一特殊工况下深潜救生艇的水动力模型，最后提出了一个相对简单又不失准确性的四自由度深潜救生艇运动数学模型。 其次，使用ANSYS Design-Modeler模块对某一型号深潜救生艇1:1进行3D模型绘制，并采用ICEM CFD软件对其进行网格划分。在网格划分时，综合考虑反映流场真实情况以及求解计算效率，采用混合网格划分技术对流体域进行网格划分。在此基础上，基于FLUNT流体力学计算软件，进行了该深潜救生艇的斜航和旋臂两种约束模型试验的数值模拟，通过最小二乘法对试验结果进行数据拟合，获取了与速度、角速度相关的水动力系数，并与半经验半理论估算方法得到的估算值比较。 再次，基于反步法，针对实际工程中，深潜救生艇动力定位数学模型中存在不确定、高度非线性部分，引入RBF神经网络，对其进行非线性逼近，设计了一种动力定位非线性自适应反步控制器。 最后，基于PC104计算机硬件系统、VxWorks嵌入式实时操作系统以及Windows PC机，设计和开发了深潜救生艇动力定位半实物仿真平台，进行了不同工况下的动力定位仿真。仿真结果表明，动力定位取得满意的控制效果，验证了这种控制方法的有效性、实用性。 |
| 作者： | 周全 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 夏国清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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