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船舶参数横摇工况下鳍/水舱联合减摇控制研究
| 论文题名： | 船舶参数横摇工况下鳍/水舱联合减摇控制研究 |
| 关键词： | 船舶参数横摇;减摇鳍;减摇水舱;主动控制;力矩分配 |
| 摘要： | 集装箱船等大型船舶在纵浪航行情况下会容易发生一种大角度、非线性的横摇现象，这种现象叫做参数横摇。参数横摇一旦发生，便会造成严重的经济损失，甚至有翻船的可能。因此将减摇装置应用到参数横摇的抑制中，有着非常重要的实际应用意义。 针对参数横摇现象中的大横摇角问题，本文提出减摇鳍/主动减摇水舱联合减摇的方案。根据不同航速下减摇鳍效果的不同，提出基于航速的减摇鳍/水舱扶正力矩分配系统，通过仿真证明了该方法可以在不同航速下减小参数横摇发生时的横摇角。最后综合考虑减摇效果和系统能耗，给出综合目标和约束方程。采用遗传算法优化给出了鳍、水舱扶正力矩分配最优策略，仿真证明该方法可以在几乎不影响减摇效果的同时减小系统能耗。 本文主要研究通过船舶减摇鳍/主动减摇水舱对参数横摇的主动控制，包括以下几个方面: 首先，参考三自由度（垂荡、纵摇、横摇）非线性模型，对此模型进行简化，得到单自由度非线性参数横摇数学模型。并对这两种模型进行仿真对比，证明了单自由度模型能很好跟踪三自由度模型。 然后，分析减摇鳍和减摇水舱的工作原理和数学模型，在此基础上建立联合减摇控制系统的数学模型。分析减摇鳍参数对减摇效率的影响和减摇水舱参数对船舶固有频率的影响，从而选择适当的减摇鳍和减摇水舱参数。 其次，对减摇鳍和减摇水舱的控制器进行设计，并进行仿真，分析各自的减摇效果以及消耗的能量。计算船舶横摇所需扶正力矩与减摇鳍和减摇水舱产生的扶正力矩，设计基于航速的联合减摇系统扶正力矩的分配算法，通过仿真证明了该方法可以在不同航速下减小参数横摇发生时的横摇角。 最后，将联合减摇控制系统力矩分配问题归结为多目标优化问题。计算船舶横摇所需扶正力矩和减摇鳍和减摇水舱产生相应扶正力矩所需要的能量。基于能耗最优原则，利用遗传算法对扶正力矩分配进行优化，仿真证明该方法可以在几乎不影响减摇效果的同时减小系统能耗。 |
| 作者： | 王琦 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 李冰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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