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单点锚泊系统动力学建模仿真与姿态控制研究
| 论文题名： | 单点锚泊系统动力学建模仿真与姿态控制研究 |
| 关键词： | 单点锚泊系统;系统动力学模型;建模仿真;姿态;定位系统;工程船舶;控制力;控制方法;动力定向;船体坐标系;定向技术;作用力方向;平面内;轴线;运动;外部载荷;建模思想;基础设计;海洋工程;海上定位 |
| 摘要： | 海上定位作业是工程船舶所面临的最为重要的一类工况。当前在船舶工程和海洋工程中,主要采用两种定位系统:锚泊定位系统(Mooring System)和动力定位系统(Dynamic Positioning System,DPS)。由于锚泊系统具有投资少、可靠度高、使用、维修方便等特点,因而锚泊系统是目前主要采用的定位系统。动力定位系统是一种通过控制船舶自身的动力装置产生推力向量来对风、浪和流等外部的作用力进行补偿,以使水面上船舶的位置自动的保持在给定范围内的技术。动力定位系统相对于锚泊系统等,具有定位精度更高、灵活性更好、适用于多种海况,机动性强,成本不随水深增加而增加,操作方便等优点。因此,通常情况下需要增加动力定位系统作为船舶必要的辅助定位措施。本文结合实际项目主要以解决锚泊系统的稳定性问题为出发点,从而对单点锚泊系统的动力定向技术展开研究。 首先,根据MMG建模思想,建立了单点锚泊系统水平面内三个自由度的动力学模型。 其次,从已建立的系统动力学模型入手,编写计算机的仿真程序,对单点锚泊状态下的船舶运动情况进行仿真分析,得出了单点锚泊状态下船舶的“偏荡”运动情况和所受外部载荷的变化情况。 最后,对锚泊船舶的动力定向技术展开研究。通常情况下采用船外机提供船舶定向所需要的控制力的形式实现动力定向的要求。船外机布置在船体尾部,能够实现水平面内180°回转,同时提供相应大小的推力。针对锚泊系统艏向角自动保持的控制方法,在前期研究中,为简化控制方法,设船外机作用力方向与船体纵轴线垂直。此时,在船体纵向不产生附加的控制力。在船体坐标系中,作用在船体上的控制力简化为对船体中心的力矩及垂直于纵轴线的外力。以此为基础设计了以经典PID为控制方法的控制器,以船舶艏向的偏差作为输入,以船外机的控制力作为输出,最终来实现船舶艏向自动保持功能。 |
| 作者： | 王大治 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 薛开 |
| 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 |
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