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减摇鳍在船舶横纵摇控制中的应用研究
| 论文题名： | 减摇鳍在船舶横纵摇控制中的应用研究 |
| 关键词： | 船舶航行;纵摇力矩;减摇鳍结构;船舶设计 |
| 摘要： | 减摇鳍是最常用的减横摇装置，但是随着对船舶航行要求的提高，船舶运动的控制越来越关注纵向运动的影响。最新船舶减纵摇的研究，是通过在船艏底部加装流线型细长体，以增大船的转动惯量和附加质量的方式减纵摇，但是这种加装减摇附体的方式，提高了经济成本，所以对于减纵摇的研究多集中在利用船舶现用的装置也就是对减摇鳍的调整来减纵摇。为了方便升沉力及纵摇力矩的计算，通常在研究中考虑前后鳍的运动方向相反，左右鳍的运动方向相同，并且增大了两对鳍之间的距离，但是这些研究方法忽略了减摇鳍自身本质的减横摇的作用，有着脱离工程实际的局限性。 本文在准备阶段，建立船舶的升沉-纵摇-横摇三自由度数学模型，并对运动的效应进行分析。为了简化对于控制算法的讨论，忽略横摇和升沉-纵摇之间的耦合情况，利用切片法求取相关的水动力系数，对不同航速不同遭遇角下的船舶运动情况进行分析。在验证船舶运动的模型的正确性以及稳定性后，根据减摇鳍的分布特点以及对实际来流速度的考虑，求解鳍对船所产生的控制力及力矩。在减摇鳍鳍控制器设计阶段，采用LQG控制方法，对船舶的姿态进行估计并考虑实际船舶摇荡引起的来流速度的方向变化，结合实际攻角对船舶的控制力影响，对仅考虑横摇指标及横纵摇综合指标的情况进行对比仿真，验证了该控制方法的可行性，并且证明该控制算法能够在牺牲一定减横摇效果的条件下，使减纵摇效果得到大幅度提升。但是这种LQG控制方法，并没有考虑减摇鳍自身的物理限制例如最大鳍角，最大转速、最大输出力以及鳍的功耗问题,本文通过在控制器后设计控制力分配单元，借助控制力分配算法，对船舶所需要的横纵摇力矩进行物理分配，并同时保证整体鳍的功耗最低。从稳定性的角度考虑，文章利用反步法进行递推设计，根据减摇鳍作为执行机构一般都是电气—液压驱动系统构成的惯性环节的特点，对反步法的控制器进行设计，提出了一种基于稳定性的横纵摇综合控制的算法，解决了鳍不确定参数的非线性问题。 |
| 作者： | 刘隽瑶 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 吉明 |
| 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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