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舰船主推进系统的建模理论、控制策略及优化设计
| 论文题名： | 舰船主推进系统的建模理论、控制策略及优化设计 |
| 关键词： | 舰船推进系统;推进轴系;控制策略;优化设计;建模方法;最优控制 |
| 摘要： | 舰船推进轴系是舰船动力装置的重要组成部分，它的稳定性是舰船生命力的基本保证。因此，对于船舶推进轴系的建模理论及其振动控制的研究成为舰船推进轴系研究的重要内容。然而舰船推进轴系在建模方法和控制理论方面尚有许多问题待解决，如①考虑转速影响的弹性体动力学建模方法：②同时考虑支撑刚度和油膜刚度的油膜力模型：③冲击和随机海浪作用下的控制理论问题；④在支撑刚度、阻尼等控制参数不变条件下的最佳控制效果问题，即优化设计等问题。本文针对这些问题作了深入的探讨。 首先，本文综述了舰船推进系统在建模方法、控制理论和优化设计方面的研究现状和存在的问题。 其次，针对经典推进轴系建模方法存在的局限性，本文提出了一种新的推进轴系的弹性体动力学建模方法，并研究了转速对于推进轴系的冲击响应的影响。通过与有限元方法的比较，证明了该方法的可靠性。 在此基础上，本文采用平均本征值方法，建立了舰船推进轴系同时考虑油膜刚度和支撑刚度的油膜力模型．考虑了油膜涡动效应和挤压效应以及多个轴承油膜力的耦合影响；研究了油膜力的影响以及油膜参数和转速对于推进轴系的冲击响应的影响；同时，通过与近似解析法的比较证明了该方法的正确性。 再次，将随机最优控制方法探索性地用于舰船推进系统的冲击控制和隔振器参数设计研究。利用Pierson—moscowitz海浪谱以及最小误差条件下实际海浪谱分数多项式拟合的快速迭代算法，由系统的频率响应特性数据直接拟合系统的传递函数，实现了随机海浪谱的仿真。在本文建议的弹性动力学模型基础上，以冲击和随机海浪作用下推进轴系为研究对象，对舰船推进系统的准最优控制方法和最优参数设计方法进行了探讨，对控制系统在不同控制方法下的冲击控制效果进行了比较分析，阐明舰船推进系统的动力学特性和冲击控制机理。 接着针对控制过程中存在的摄动，提出了具有鲁棒性的变结构控制方法。采用二次型最优控制理论建立切换面,并采用了单位向量控制形式的最终滑动模态控制器，设计了推进轴系的变结构控制器。初步对推进轴系的变结构控制方法进行了探讨。 然后，本文采用遗传算法对推进系统的支撵位置进行了优化设计，并对比了优化前后的控制效果，为推进系统的支撑位置设计提供理论参考。 最后，本文对全文进行了总结，并对存在的不足和拟展开的进一步工作进行了简要的讨论。 |
| 作者： | 朱小平 |
| 专业： | 一般力学与力学基础 |
| 导师： | 冯奇 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学航空航天与力学学院 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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