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舵鳍联合控制对船舶回转特性的影响研究
| 论文题名： | 舵鳍联合控制对船舶回转特性的影响研究 |
| 关键词： | 舵鳍联合控制;船舶回转;非线性运动模型;仿真分析 |
| 摘要： | 操纵性的好坏直接关系到船舶在海上的生存能力,回转性便是船舶操纵性中重要的组成部分。船舶回转的同时会伴有一定的横倾角,如果此时存在外界干扰,易造成船舶倾覆等海难事故的发生。本文主要研究舵鳍联合控制下的船舶回转特性,即考虑船舶原有回转特性的基础上,通过减摇鳍的控制作用来改善船舶的回转特性,分别对船舶回转过程中的横倾和回转圈参数进行控制研究。本文的主要工作如下: 首先,建立船舶的四自由度非线性运动模型,分别考虑作用在船体、螺旋桨、舵和鳍上的水动力和水动力矩。为了使得模型足够精确,将船体水动力中的部分三阶水动力考虑在内,同时考虑舵鳍传动机构的非线性特性,以及舵鳍有效攻角问题。由于船舶航行环境的复杂多变,建立随机海浪、定常海流和稳流海风等干扰对船舶四个自由度上的运动所产生干扰力和力矩的数学模型。 其次,根据建立的数学模型搭建仿真模型,并对仿真船舶原有的回转性能进行仿真分析,即先进行不考虑减摇鳍作用的船舶回转运动,并通过经验公式验证仿真模型的正确性。对船舶回转特性随船舶初始航速、舵角和舵速的变化规律和不同外干扰下的船舶回转运动进行研究。 然后,详细的分析了静态减摇鳍作用下的船舶回转运动,分别对船舶拥有单对鳍和两对鳍的情况进行仿真分析,通过对比发现船舶回转运动各参数随鳍角的变化规律,以及单对鳍与两对鳍在相同条件下所产生作用的差异。 最后,根据静态减摇鳍对于船舶回转运动影响的结论设计控制器,其中控制方法分别采用传统PID控制和神经元自适应PID控制。对船舶普通回转运动中的回转横倾与回转圈参数分别进行控制,以及对单对鳍作用下的威廉森回转进行研究。 通过研究表明,船舶的回转特性能够在减摇鳍的作用下得到很好的改善。一定海况下的回转横倾能够得到有效减小,同时在船舶需要快速紧急转弯或是避碰时,可以通过减摇鳍来尽可能的减小船舶回转圈参数。 |
| 作者： | 王栋宇 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 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： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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