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高速三体船运动仿真与姿态控制研究
| 论文题名： | 高速三体船运动仿真与姿态控制研究 |
| 关键词： | 高速三体船;减摇装置;T型翼;纵向运动;姿态控制 |
| 摘要： | 高速三体船作为高性能船舶的代表，由于优异的性能成为研究的热点。高速三体船的主体和侧体均为细长体结构，具有优异的快速性和稳定性。然而高速航行下的三体船剧烈的纵向运动成为制约三体船得到广泛应用的问题。因此，研究高速三体船的减纵摇具有重要意义。本文采用T型翼作为机械减摇装置，采用合理的控制方法设计了控制器对多种工况下T型翼对三体船的减摇效果进行了仿真分析。 本文首先利用ANSYS AQWA对三体船进行水动力特性分析，得到三体船的各项水动力系数;根据随机海浪理论建立了引起三体船纵向运动的随机海浪数学模型;考虑实船和船模的尺度效应，利用FLUENT软件对T型翼进行了流体力学分析得到T型翼的升力模型，进而建立带T型翼的高速三体船的纵向运动数学模型。由于要研究T型翼在不同攻角时能够提供的升力大小，本文采用参数化管理的方法，只需要在FLUENT中进行一次网格划分和相关求解参数设定就可以得到各攻角下的升力和升力系数，极大提高了仿真效率。 然后，对三体船进行开环运动分析，研究了影响三体船纵向运动的因素。通过在规则波下分析不同遭遇频率和不同航速下三体船的纵向运动响应，得出遭遇频率和航速是影响三体船纵向运动的重要因素。通过分析不规则波下带T型翼的三体船的纵向运动响应，更真实的展现了T型翼对三体船的减摇效果。 最后，设计了三体船的姿态控制器，对T型翼的减纵摇进行了仿真。为了更好的实现减摇，采用了最优二次型控制和滑模变结构控制两种方法设计了T型翼的姿态控制器。LQR控制考虑了三体船纵摇和垂荡耦合关系，且采用LQR控制方法设计的控制系统易于实现状态反馈。滑模变结构控制则适合于解决不确定非线性系统，且具有很强的鲁棒性。利用MATLAB/SIMULINK建立了带T型翼的三体船的纵向运动控制仿真模型，并进行了仿真。仿真结果证明在两种姿态控制器的作用下，T型翼能够有效的减小三体船的纵向运动。 |
| 作者： | 李栋臣 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 原新;李来春 |
| 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 |
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