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原文传递变形鳍在低航速下升力建模与控制策略研究

论文题名：	变形鳍在低航速下升力建模与控制策略研究
关键词：	变形;零航速;升力;建模与控制;减摇鳍;船舶减摇系统;系统控制器;减摇效果;力模型;自然科学基金项目;流体力学计算软件;理想流体;理论研究;理论模型;航行;仿生;控制器设计;装船使用;真实流体;运动
摘要：	船在海上航行由于海浪、海风、海流等干扰的影响,会产生明显的横摇运动,出于航行的舒适性与安全性考虑必须进行有效的减摇。安装减摇鳍是目前船舶最有效的减摇方式。根据航速的不同,减摇鳍也相应的分为零航速减摇鳍、低航速减摇鳍与中高航速的减摇鳍。目前无论是国外还是国内,中高航速的减摇鳍的研究已经趋于成熟,减摇效果也基本能达到90％以上。渐渐国内外开始着手于零航速以及低航速的减摇的研究。零航速的减摇在国外已经有成品装船使用,而且减摇效果也非常不错;国内的哈工程大学船舶减摇与控制技术研究所也在零航速减摇鳍方面取得了一定研究成果。但是对于低航速阶段的减摇研究在国内外还属于空白领域。为了实现由零航速经低航速到中高航速的全航速减摇,本文对低航速减摇鳍做了初步的理论研究。　　本课题来源于国家自然科学基金项目“零速下船舶仿生减摇鳍升力机理的研究(50575048)”和“基于变形仿生鳍的水面机器人的减摇机理研究(50879012)” 　　论文首先介绍了一下低航速航行状态的特点,以及对基于仿生理论的变形鳍技术的介绍,并选取儒科夫斯基非对称翼型作为研究对象。然后从低航速减摇鳍的工作原理以及具体的工作方式开始阐述,结合目前研究较成熟的零航速减摇鳍去逐步论证其可行性。接着开始了论文主要内容的论述一低航速下变形鳍的升力模型的建立。将比较复杂的鳍面在水中拍动的过程分为鳍面在理想流体与非理想流体两种情况去研究,分别求取鳍面的升力公式,最后求其总和得到最终的升力公式。为了验证其升力模型的正确性,本文采取了应用国际上比较权威的流体力学计算软件FLUENT,模拟鳍面在真实流体中的运动,得到了几组升力值,将理论模型与计算软件得出的升力值进行了对比,分析产生偏差的原因,得出理论模型的可靠性。随后本文还将传统减摇鳍与变形鳍在相同情况下的FLUENT升力仿真值做了对比,得出变形后的减摇鳍升力得到明显的提高。　　随后本文对低航速下船舶减摇系统的组成部分控制器进行了设计,并将在线控制效果好的SPIDNN控制器应用到减摇系统控制器的役计中,完成了此系统的控制器设计。　　最后文章还将求出的升力模型与控制器和其他减摇系统组成部分构成了完整的低航速船舶减摇系统。用MATLAB软件中的Sireulink对不同海情下的船舶减摇进行了仿真,得出了各种海情下的未减摇与减摇后的船舶横摇角图。从图中能明显的得出安装了此低航速减摇鳍后的减摇效果。并且得出了用SPIDNN控制的系统减摇效率要明显的优于传统PID控制。　　本文在零航速减摇鳍的基础上对低航速减摇鳍以及变形鳍技术做了初步的理论研究,为今后的深入研究奠定了一定的基础。
作者：	王思研
专业：	控制理论与控制工程
导师：	金鸿章
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文