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双体船姿态综合控制研究及仿真分析
| 论文题名： | 双体船姿态综合控制研究及仿真分析 |
| 关键词： | 小水线面双体船;稳定鳍;水动力导数;最优控制;姿态综合控制 |
| 摘要： | 小水线面双体船也称SWATH船，它与常规单体船相比，有较长的自然周期和较小的运动幅度。而与一般的双体船相比，由于其水线面积小，SWATH船在波浪中航行时具有失速少，抗抨击能力强的特点。此外，这种船型能有效的降低乘客和船员的晕船率，正是由于其出色的耐波性能使得这种船型得到了广泛的应用。然而，水线面积小也导致其纵向运动姿态变差，为解决这个问题，目前国内外普遍采用的解决方案是在SWATH船的下潜体内侧安装稳定鳍，通过稳定鳍产生的力矩来改善SWATH船的航行姿态，以达到快速舒适的航行效果。 小水线面双体船在国内外都有很大的实用前景和应用价值。例如当年的世界第一条小水线面双体船“卡玛利诺”号，就成功的从实验船转为了一条可供人乘坐的游览船，而且得到了大家的一致认可，其耐波性，尤其是较高海况下的耐波性更是引起世界轰动。此后，世界各国都对这种船型产生了浓厚的兴趣。虽然在Munk力矩和片体间干扰等问题上还存在一些不足，但这也引起了各国的研发热情。我国起步较晚，不过在和澳大利亚的合作以及702所的分析设计下，一些具有国际先进水准的小水线面双体船应运而生，如我国自主研制的“北调991”和“022导弹艇”等。因此本文的建模、仿真和控制器设计有一定的实际意义。 论文主要做了如下工作，首先，从小水线面双体船的结构特点和性能入手，通过对世界各国小水线面双体船的数学建模方法进行研究对比，得到了通过以理论和实验数据为主，以计算流体力学软件为辅的多层次运动数学模型建模方式；其次，在上述建模方式的基础上对小水线面双体船的运动数学模型进行求解，得到海浪扰动力，各自稳定鳍的升力，以及诸水动力导数；再次，对于得到的小水线面双体船的运动数学模型进行稳定性分析，并通过运动方程求解出SWATH船纵向运动的固有周期、阻尼比和半衰周期等特征参数；最后，针对五级海况下小水线面双体船的耐波性不足的特点，通过参数自整定模糊PID控制稳定鳍的设计和仿真分析，完成了某SWATH船的稳定鳍控制系统的设计。 在上述工作的基础上，本文还对SWATH船横摇、纵摇和升沉的三自由度综合控制进行了探索性研究，并应用最优控制理论设计了一套稳定鳍的控制方案。通过仿真结果证明控制器对于小水线面双体船的姿态的控制有令人满意的效果。 |
| 作者： | 刘磊 |
| 专业： | 模式识别与智能系统 |
| 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： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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