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三峡过闸船舶操纵运动仿真及航迹控制研究
| 论文题名： | 三峡过闸船舶操纵运动仿真及航迹控制研究 |
| 关键词： | 三峡船闸;船舶操纵性;航迹控制;运动仿真;通过效率 |
| 摘要： | 三峡船闸是长江航道最重要的水利设施之一，是连接上下游水路运输的重要通道，过闸货运量逐年稳步提升。2011年，三峡船闸的过闸货运量就已经提前达到并超过设计指标，为长江沿岸经济的发展起到重要的推动作用。为促进三峡航运的持续平稳发展，进一步提高能过能力，推动经济发展，需确保三峡船闸上下游航道安全畅通，使过闸船舶能够安全、快速过闸。但闸区水域的待闸船舶数量多，航道相对较窄，特别是三峡船闸的引航道宽度更为浅窄和弯曲，导致船舶操纵更加困难，对进出闸船舶的航行安全及过闸效率均具有较大影响。为确保三峡船闸闸区水域安全畅通，本文通过对过闸船舶操纵运动进行模拟仿真，提出一种进出闸船舶航迹控制方法，提高过闸船舶操纵控制能力，保证三峡船闸高效运行，并进一步提升船闸的通过能力。 本文基于 MMG分离型模型的思想，考虑浅水效应、岸壁效应以及风、流等力和力矩的干扰，建立了内河双桨双舵船舶三自由度操纵运动数学模型，分析了作用于船体、螺旋桨和舵上的力和力矩，建立了浅水效应的水动力导数修正模型、岸壁效应力和力矩的计算模型，以及定常风、均匀流干扰力数学模型，编写程序对船舶在静水中的回转运动和 Z形运动进行了数值模拟及验证，并分别对船舶在浅水效应、岸壁效应以及风、流干扰下的操纵运动进行数值模拟。 在上述工作的基础上，通过在传统 PID控制器中引入遗传算法，用以整定PID控制器的参数，设计了遗传算法PID控制器，同时为了改善遗传算法容易陷入早熟的缺陷，对遗传算法进行改进，引入自适应遗传算法，设计了一种基于自适应遗传算法的 PID航向控制器，并对三种控制器进行航向控制数值模拟。最后，对过闸船舶航迹控制进行研究，提出并设计了一种基于自适应遗传算法的 PID过闸船舶航迹控制器，采用直接航迹控制策略，对三峡过闸船舶进行了航迹控制模拟计算，并对不同航速、不同起转距离以及限制航道和干扰环境中的航迹控制进行了数值模拟，为指导三峡过闸船舶航行、提升三峡船闸通过效率均具有一定的作用。 |
| 作者： | 丁益 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 程细得 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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