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港内超大型双桨双舵集装箱船舶运动数学模型
| 论文题名： | 港内超大型双桨双舵集装箱船舶运动数学模型 |
| 关键词： | 集装箱船舶;双桨双舵;操纵性能;闭环增益成形;非线性反馈控制 |
| 摘要： | 随着集装箱船舶的日益大型化，以及船舶航行环境相对更加恶劣，为提高船舶航行的安全性，国际上对船舶操纵性的要求也逐渐提高。超大型双桨双舵集装箱船舶应运而生，而且不断发展，其操纵性研究也变得日益迫切。因此为提高超大型双桨双舵集装箱船舶的安全系数，深入地研究其操纵性能，建立能代表超大型双桨双舵船舶操纵特性的数学模型是非常必要的。 本文针对超大型双桨双舵集装箱船舶运动数学模型进行了深入地研究。基于MMG分离建模的思想，将船体、桨、舵作为独自的个体进行分析，考虑因螺旋桨和舵安装位置与单桨单舵船舶的不同所引起的流体动力与流体动力矩的改变，以及双桨之间、双舵之间的相互影响，根据动量定理和动量矩定理分别建立三者的数学模型;然后充分考虑船体、螺旋桨、舵三者之间的相互干涉作用，并对模型参数及流体动力导数的不同求取方法进行比较分析，总结不同方法的优点与不足，并且加以综合利用;再建立能相当准确地描述在港内操纵的船舶受到环境约束和干扰的数学模型，最终建立3自由度的港内超大型双桨双舵集装箱船舶运动数学模型，以期更好地描述实际航行中船舶的操纵性能。 本文以马士基3E级系列集装箱船舶中的“Maersk Marie”作为研究仿真对象，利用Matlab仿真软件中的S函数建立超大型双桨双舵集装箱船舶运动数学模型，通过搭建Simulink仿真框图进行船舶仿真试验。通过仿真试验结果与实船试验结果的比对，验证了本文建立的船舶运动数学模型能够准确地反映超大型双桨双舵集装箱船舶的操纵性能。然后针对所建立的数学模型，利用闭环增益成形算法和非线性反馈控制算法对船舶航向保持问题进行了控制器的设计，仿真试验结果表明两种控制算法的控制效果都令人满意，但后者具有节能、安全的优点。 本文建立的超大型双桨双舵集装箱船舶运动数学模型可用于相同类型船舶的运动仿真，从而对它的操纵性能进行预报，也可用于改进航海模拟器中关于超大型双桨双舵船舶运动数学模型部分，还可在此模型的基础上设计各种控制算法解决船舶自动靠离泊等问题。 |
| 作者： | 陈秀嘉 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 张显库 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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