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穿浪双体船运动模型及综合控制研究
| 论文题名： | 穿浪双体船运动模型及综合控制研究 |
| 关键词： | 穿浪双体船;运动模型;控制装置;输入输出特性 |
| 摘要： | 穿浪双体船(Wave Piercing Catamaran)作为一种继承了多种船型优良特性的现代高性能船舶，具有快速性好、甲板宽敞以及操纵性灵活等特性，因此它被广泛应用于军事、车客轮渡等快速高效的海上运输领域。但是由于其过于狭长的片体，穿浪双体船的纵向稳定性不高，在较高海况下高速航行时往往会引起剧烈的纵摇和垂荡运动，这对船上设备的正常运转以及工作人员、乘客和货物的安全是非常不利的。本论文研究的主要内容就是通过选择恰当的控制装置和算法来改善穿浪双体船在高速航行时的舒适度，本论文的主要工作如下： 首先，整理分析国内外高性能船舶综合姿态控制的研究成果，对比分析各种控制装置的优缺点、安装限制及使用范围，最终确定T形水翼和纵倾调整尾板为本论文中所采用的控制装置。 其次，通过定义参考坐标系并利用刚体运动理论，结合周围海洋环境对刚体运动的影响建立穿浪双体船的六自由度运动模型，考虑到水下片体细长、对称的特点，将六自由度模型进行解耦分析。根据线性系统的输入输出特性，提出了一种通过叠加单位幅值规则波产生的干扰力/力矩得到不规则海浪干扰输入的方法。 第三，以具体的穿浪双体船为研究对象，对所建立模型的参数变化进行分析并提出确定最终参数的方法。分别在频域和时域内对穿浪双体船运动特性进行分析，经过对分析结果的统计，确定重点研究的海况和航速，建立最终的仿真模型，采用李雅谱诺夫稳定性分析方法对模型进行分析。 第四，论文提出了一种根据海浪干扰最大值优化控制水翼面积的方法，通过计算流体力学的方法对控制水翼的水动力特性进行仿真分析，经过与海浪干扰对比对控制水翼进行调整得到最终控制水翼的几何尺寸。 最后，根据仿真模型中所有状态均可获得，而实际中传感器测量的信号较为复杂的情况，设计了全状态反馈和单变量反馈的H∞鲁棒控制器，通仿真并对结果的统计分析表明，通过主动控制T形水翼和纵倾调整尾板可以有效的改善穿浪双体船的垂向运动。 |
| 作者： | 姜见龙 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 梁利华 |
| 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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