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原文传递 气垫船船机桨舵最佳工况匹配及性能优化控制技术
论文题名: 气垫船船机桨舵最佳工况匹配及性能优化控制技术
关键词: 气垫船舶;机械匹配;船舶设计;计算机技术
摘要: 气垫船依靠垫升系统,通过空气静压力的支撑,在航行时可以完全脱离地面或水面,具有独特的水陆两栖性,速度快,耐波性好,是现代高性能舰船中的佼佼者。其动力装置中,主机一般采用燃气轮机作为原动机;推进器采用空气螺旋桨以提供气垫船航行时所需要的推力;采用垂直空气舵来控制气垫船的航向。气垫船船-机-桨-舵系统组成一个能量转换系统。为使转换效率最佳,各部件必须配合运行。这就涉及到气垫船船-机-桨-舵的匹配与优化控制问题。
  本文首先以某型气垫船为研究对象,采用日本数学模型建模小组(MMG)提出的分离式建模思想对气垫船各部件进行建模,并最终建立了气垫船四自由度运动数学模型;然后对其直航特性、回转特性进行了仿真分析,以验证模型的正确性;在此基础上设计了PID自动舵控制器,实现了对气垫船航向的控制。其次,研究了气垫船船-机-桨-舵匹配的基本原理和方法。结合气垫船有效马力曲线、可调距空气螺旋桨推进特性曲线和燃气轮机特性曲线,对船、机、桨、舵之间的平衡关系及其匹配计算方法进行了研究,实现了气垫船加速度为零(即稳态工况)时的船-机-桨-舵的匹配。最后,结合稳态匹配情况,利用模型预测控制的方法,对燃气轮机燃油量和调距桨的螺距进行联合控制,合理调整机、桨运行参数,实现了气垫船动态工况时的船-机-桨-舵的匹配及优化控制。结合气垫船运动数学模型对气垫船船-机-桨-舵的动态匹配性能进行仿真验证。
作者: 陶顺行
专业: 控制科学与工程
导师: 王元慧
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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