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穿浪双体船运动仿真与姿态控制研究
| 论文题名： | 穿浪双体船运动仿真与姿态控制研究 |
| 关键词： | 穿浪双体船;运动仿真;姿态控制;数学模型;水动力分析 |
| 摘要： | 穿浪双体船具有优良的耐波性、回转性、操纵性等航海性能,这使其被广泛用作军用及客货渡船的基础船型。然而,在不断的使用过程中,发现穿浪双体船在海上高速航行时的垂荡及纵摇运动会对船舶性能造成不利的影响,由这些运动引起的船舶垂向加速度不仅会导致乘客或工作人员晕船,还会造成短时的设备失效,对船舶的安全性构成极大的威胁。利用姿态控制技术可有效的抑制穿浪双体船的纵向运动,保障其安全性、稳定性和舒适性。我国在穿浪双体船的船型设计、水动力试验等方面的研究已经相当成熟,但是在姿态控制方面的研究却相对较少。因此,研究穿浪双体船纵向运动稳定装置及其姿态控制方法具有重大意义,这不仅可以弥补我国在穿浪双体船姿态控制研究方面的不足,还有助于未来对多体船姿态控制技术的研究。论文主要做了以下工作: 首先,建立穿浪双体船纵摇和垂荡运动数学模型,在此基础上,运用2.5D理论求解运动方程中的水动力系数,以规则波海浪作为使穿浪双体船产生摇荡运动的外界干扰,以帯襟翼的T型水翼作为穿浪双体船的纵向运动稳定装置,进而建立起带T型水翼的穿浪双体船纵向运动数学模型。 其次,应用FLUENT软件对帯襟翼的T型水翼进行水动力分析。从固定的外界条件着手研究,对T型水翼在变攻角情况下的升力和阻力进行分析,从改变外界条件着手主要是改变来流速度,对具有固定攻角的T型水翼的静态水动力特性进行分析,进而确定T型水翼的升力数学模型。 最后,以船长为90m的穿浪双体船为例,分别利用LQR和状态反馈H∞控制算法为T型水翼设计姿态控制器。利用MATLAB/SIMULINK建立了姿态控制仿真模型,对穿浪双体船的纵向运动以及垂荡加速度进行仿真,通过分析仿真数据,验证了这两种姿态控制器均可实现减小船舶纵向运动,改善船舶的性能,且状态反馈H∞控制器的控制效果更好。 |
| 作者： | 刘金玲 |
| 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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