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原文传递减摇鳍多模态控制器设计与开发

论文题名：	减摇鳍多模态控制器设计与开发
关键词：	船舶横摇;减摇鳍;多模态控制器;设计理念
摘要：	船舶航行时受海浪、海风等外界扰动，不可避免会产生多自由度摇荡运动。由于船舶横摇阻尼小，使得船舶发生横摇的几率更大，因此，船舶减摇装置成为船舶在海上安全航行必不可少的设备之一，且减摇装置操纵性能的好坏直接影响船舶在复杂海洋环境下的稳定性。减摇鳍作为一种主动式减摇装置，由于其减摇效果良好，被广泛应用于船舶减摇。减摇鳍工作主要依据海浪信息作有规律的变化，但由于海浪具有不可预测性，减摇鳍始终处于被动状态。为提高船舶减摇的效率，研究关于减摇鳍控制系统的实时性具有重要意义。因此，本文以减摇鳍控制系统为研究背景，提出以船舶横摇为依据从而实现间接控制横摇的目的。　　另外，控制器作为控制系统的核心，其性能直接影响控制系统的控制效果。因此，设计具有稳定性好、实时性强的控制器对减摇鳍控制系统的性能具有重要意义。同时为验证间接控制船舶横摇理论方法的有效性，进行了减摇鳍控制器实物开发。本文主要从以下几方面做了研究: 　　首先，在分析国内外减摇鳍的发展状况以及多模型控制研究现状的基础之上。对船舶在海浪中的受力进行分析，引出基于“力矩对抗”的控制原理，讨论了控制系统各部分组成情况，并参照实船模型对减摇鳍控制系统各部分参数就进行设置，同时对海浪、海浪谱以及裸船时的横摇运动进行建模及仿真分析。　　其次，依据所建立的仿真模型重点分析研究了船舶横摇运动、相应的横摇角谱、各控制器之间的切换策略及其稳定性。依据分析结果，以横摇角谱峰值所对应的频率作为各子控制器之间的切换策略，进而对整个控制系统进行仿真分析。　　然后，在对整个系统理论分析的基础上，依据减摇鳍工作原理、功能要求，对控制器以及相关信号进行分析;结合设计要求以及控制系统的整体组成，完成了控制器整体结构以及各组成部分结构的总体设计。　　最后，围绕TMS320F28335开发平台对控制器硬件框架进行设计，同时为保证整体电路的完整性，进行了原理图以及PCB板设计;此外，完成数据采集、控制单元处理、数据输出以及人机接口电路的软件设计，实现了数据采集、控制算法及数据输出等功能。搭建人机交互界面，实现PC机与DSP之间的数据通讯;最终利用台架进行不同海况下的实物验证，通过分析实验结果控制器基本满足控制技术指标。
作者：	安晓强
专业：	控制工程
导师：	吉明;孟超
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文