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原文传递多体船纵向运动控制半物理仿真系统研究

论文题名：	多体船纵向运动控制半物理仿真系统研究
关键词：	多体船;纵向运动控制;半物理仿真;模糊PID
摘要：	随着社会的发展进步，人类的活动更多地向广袤的海洋发展，高性能多体船作为海洋上最重要的交通运输工具，体现出越来越重要的作用。然而，多体船在高速航行时会出现纵摇、垂荡、和甲板上浪等不良现象，因此，实用高效的减纵摇技术就成为当今的研究热点。目前最有实用价值的减摇方式就是在船体底部加装T型翼与压浪板组合控制装置来进行减摇。　　半物理仿真则是一项能够支持我们在相对面积较小的实验室完成对船舶在海面运动仿真的技术，它通常由计算机仿真以及实物模拟两部分构成。通过工业计算机进行软件仿真，得出控制量控制物理环节进行实物仿真这种两种方式相结合的仿真模式，使得仿真结果更为可靠。　　本文以加装有T型翼的船舶纵向运动为研究对象，建立了船舶纵向运动数学模型以及可以用于控制器设计的状态方程，设计了切实可行的半物理仿真机械结构，针对船模以及液压系统存在的非线性以及模型精度不够的问题，利用 MATLAB/Simulink设计了相应的控制器以达到对控制量的准确控制，同时，为了使系统具有更高的可操作性，通过VC编程设计了系统的运行显示以及参数设计界面，完成了整个多体船纵向运动控制半物理仿真系统的构架搭建，用于对多体船纵向运动进行仿真实验。　　在确保能够实现预期功能的基础上，考虑了现实可实现性以及便捷性，对整个系统各部分进行了进一步详细的设计，涉及的内容有半物理仿真系统的运动模拟系统、执行系统、控制系统。在运动模拟系统部分主要内容有：对整个仿真系统结构的设计和各部分技术指标设计。对控制系统各部分实现的功能以及系统的运行流程也进行了设计。对控制系统进行编程实现，这主要包括三部分内容：人机交互界面设计；数据采集与处理系统设计；以及针对系统非线性部分进行控制设计的基于LQR的T型翼攻角变化控制器设计以及基于模糊PID的液压系统行程控制器设计。　　结合这些设计要求，考虑到实际安装的原则以及实际尺寸，对整个系统各部分的元件进行选型安装，实现了整个系统的物理结构，最后，结合实际设备对数据采集与处理系统、传感器和整个系统的运行进行现场调试。对调试中出现的问题进行了细致的研究，对如姿态传感器数据滤波以及传感器减震等问题进行了详细的讨论并予以解决，使系统能够正常、准确的运行。并通过对所采用的船模相关参数计算，选取了一组海况数据，进行了实际的模拟实验，通过将实验测得数据与导入数据进行对比，验证了半物理系统的可运行性，以及设计的两种控制算法的控制效果。　　最后，本文依据论文研究过程中发现的不足之处，以及由于各种原因未能实现的设计，对多体船减摇仿真方法的研究方向进行了展望，提出了一些具有可行性的想法。
作者：	郭谋
专业：	控制工程
导师：	刘志林;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：	2017
正文语种：	中文