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U型减摇水舱的仿真与控制策略研究
| 论文题名： | U型减摇水舱的仿真与控制策略研究 |
| 关键词： | 减摇水舱;控制策略;船舶横摇运动模型;仿真分析 |
| 摘要： | 减摇水舱作为一种全航速减摇装置，因其具有结构简单、造价低廉、减摇效率高等特点而受到广泛应用。其中被动式减摇水舱由于不额外消耗能量而得到广泛的应用，目前大量商船采用的主要是被动式减摇水舱。主动式水舱由于需要消耗大量的能量，性价比不高，因此，基本上很少应用于船舶减摇。可控被动式是在被动式水舱的基础上提出的，通过施加较小的控制策略，促进或延缓舱内水的流动，使水舱在多种坏境下均能取得满意的效果。工程实际证明，多种类型船舶的舒适性和安全性可以通过设置可控被动式减摇水舱来实现提高，同时还可以提高装卸效率，减少成本，实现效率最大化。 本文首先分析了减摇水舱内流体的运动规律以及舱内液体振荡时产生的作用于船体六自由度上的力和力矩，通过分析和推导，先后建立了船舶六自由度运动模型、船舶横摇运动模型(线性和非线性)、舱内液体运动模型以及“船舶-水舱”系统模型。下来研究了水舱的性能参数对船舶横摇运动的影响，包括水舱的固有频率、水舱的阻尼以及水舱在船舶上的布置位置。然后利用MATLAB的Simulink模块对以上建立的数学模型进行仿真分析，详细研究了水舱(有/无)、海况、航速以及遭遇角对船舶减摇效果的影响。结合最佳控制理论推导出的最佳控制方法，对可控被动式减摇水舱气阀的控制进行了研究；通过最佳控制方法和常规控制方法的比较表明，减摇水舱的减摇效果与水舱气阀的控制息息相关，也就是说，想要提高减摇效果，关键是要提出更加准确、高效率的控制方法。结合 MATLAB编制的程序进行仿真，其结果表明，最佳控制方法可使可控被动式减摇水舱具有更宽的减摇范围，是一种行之有效的控制方法。 |
| 作者： | 任超 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 冯峰 |
| 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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