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原文传递基于姿态控制的船舶自航模研究

论文题名：	基于姿态控制的船舶自航模研究
关键词：	船舶自航模;姿态控制;人机交互;PID控制器;半实物仿真
摘要：	舰船在航行过程中，由于受到自身运动和诸多环境因素的影响，常常导致船体产生摇摆运动，船舶的摇摆会影响到船舶的操纵性和耐波性。本文针对船舶的操纵性和耐波性设计自航模，采用舵鳍PID控制器控制船舶运动中的姿态，对船舶自航模的设计和姿态控制做了深入研究。　　首先，介绍自航模和舵鳍联合控制的发展及国内外研究现状，分析国内外各种自航模关键技术的优势及舵鳍联合控制的发展趋势。　　其次，根据船舶设计原理给出船舶重心和稳心的估算方法，完成了对舵、鳍和螺旋桨尺寸的估算及其型号的选择。通过对船舶的受力分析，建立船舶运动数学模型。将船舶运动数学模型简化为纵荡、横荡、横摇和艏摇四自由度运动模型。把船舶所受外力分解成水动力、推进力、环境干扰力和控制力，分别建立各部分数学模型。　　然后，对自航模系统进行总体设计，将自航模系统分为船载子系统和岸基子系统两部分，并完成系统中的控制器、推进器、舵机模块、姿态采集模块、GPS模块、能源模块以及无线传输模块的设计。　　最后，根据船体各部分数学模型，建立船舶运动控制模型。设计舵鳍PID控制器，根据船舶运动控制模型和舵鳍PID控制器搭建船舶姿态控制系统，对船舶回转和航向控制进行仿真实验，分析船舶姿态控制系统的减摇效果。同时，设计自航模半实物仿真系统，建立虚拟船硬件回路，完成人机交互界面的设计和对船舶姿态控制系统减摇效果的进一步验证。　　研究表明，本文设计的船舶姿态控制系统可以较好的控制船舶姿态，对船舶操纵性仿真实验以及船舶控制系统的半实物仿真实验都能达到一定的减摇效果。
作者：	沈云飞
专业：	控制科学与工程
导师：	梁利华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文