鳍水动力应用及鳍和水舱综合减摇系统研究

论文题目: 鳍水动力应用及鳍和水舱综合减摇系统研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 控制理论与控制工程

作者: 陈放

导师: 金鸿章

关键词: 船舶综合减摇,减摇鳍,减摇水舱,动态水动力,转鳍伺服系统

文献来源: 哈尔滨工程大学

发表年度: 2005

论文摘要: 为了使舰艇在各种航态（中高航速、低航速和零航速、各种遭遇浪向）下,能够很好地减摇,最好的方法是综合控制减摇鳍和减摇水舱系统,使达到两种装置的协调组合,资源的合理配置,最大限度地减小船舶的横摇。本文的研究以船舶在各种航态下的减摇为目的,以减摇鳍和减摇水舱为基本控制单元,以综合减摇系统的各组成部分的建模、仿真及优化研究和在系统中的实现为研究、设计重点,通过合理地配置组成船舶综合减摇系统,减小船舶的横摇。本文主要进行以下的研究工作: 根据鳍模水动力试验报告中对鳍的模型在各种状态下的定常和动态水动力试验数据分析,提出了对低精度数据处理分析有效的最小二乘法多项式曲线拟合方法来处理水动力结果中的试验误差。阻力系数用分段多项式法对其进行了拟合,而升力系数和转矩系数采用了分段多项式和二次曲线结合的拟合方法。为了实现对鳍施加动态水动力作用,根据鳍模动态水动力试验曲线,利用BP神经网络去逼近鳍的动态水动力特性曲线并作为减摇鳍实验装置的升力函数发生器。并以此求取在随机海浪作用下的动态水动力,仿真随机运动的鳍所产生的升力。此方法在升力控制减摇鳍的台架试验中得到应用。从研究前后鳍水动力耦合系数中,分析后鳍受到前鳍的水动力干扰,通过减摇鳍控制系统控制器来补偿后鳍水动力下降问题,从而提高两对鳍的整体减摇效果。在减摇鳍的设计中,采用动态水动力系数取代静态水动力系数,采用动态转鳍力矩系数来计算减摇鳍的伺服系统的转鳍功率,从而使减摇鳍系统的转鳍伺服系统功率选择更合理。将参数频率响应技术应用于研究装备两个不同固有频率的被动式U型减摇水舱的船舶横摇响应的仿真,可以看到表征水舱特性的四个参数:减摇水舱的固有频率、无因次阻尼系数、固有频率低的水舱参数κ2、水舱的垂直方向的位置布置对水舱的减摇效果影响。以RO/RO船为对象,研究船舶在减摇鳍和双减摇水舱综合减摇装置作

论文目录:

第1章绪论

1．1 课题来源

1．2 课题研究的现状和研究意义

1．3 课题的研究内容

第2章鳍动态水动力及其船模水池试验的研究

2．1 概述

2．2 鳍的定常水动力特性分析

2．2．1 鳍上的水动力

2．2．2 鳍在定常流下的水动力计算

2．3 鳍的非定常水动力及船模水池试验结果分析

2．3．1 非定常水动力

2．3．2 鳍模的船模水池试验

2．4 鳍模水动力试验中的测量误差和处理方法

2．4．1 鳍模动态水动力试验结果及误差分析

2．4．2 水动力误差的处理

2．5 本章小结

第3章鳍动态水动力仿真及前后鳍升力补偿控

3．1 概述

3．2 基于神经网络的鳍的动态升力的仿真

3．2．1 BP神经网络

3．2．2 鳍动态升力模型的建立

3．2．3 仿真中需进一步研究的问题

3．3 动态水动力仿真在升力鳍试验装置上的应用

3．3．1 升力控制减摇鳍简介

3．3．2 动态升力仿真鳍实现

3．4 两对鳍系统优化控制方法的研究

3．4．1 问题的提出

3．4．2 两对鳍控制系统

3．4．3 两对鳍控制优化模型

3．4．4 顺馈补偿的两对鳍控制系统的优化设计

3．4．5 G_β(s)的确定

3．4．6 顺馈-反馈补偿的两对鳍控制系统的优化设计

3．4．7 两种补偿方法的比较

3．5 本章小结

第4章减摇鳍伺服系统动态负载研究

4．1 概述

4．2 鳍模水池试验的动态力矩系数建模

4．2．1 利用BP神经网络对动态力矩建模

4．2．2 利用多项式对动态力矩建模

4．3 鳍上动态水动力矩的理论计算

4．3．1 鳍轴的动态流体力矩系数

4．3．2 鳍上的动态水动力矩

4．4 鳍轴所受的力矩的分析

4．4．1 不平衡力矩的计算

4．4．2 摩擦力矩的计算

4．4．3 总的力矩

4．5 减摇鳍伺服系统的驱动功率

4．5．1 伺服系统的驱动功率

4．5．2 减摇时船舶的平均横摇角频率σ的计算

4．5．3 减摇鳍电伺服系统驱动功率的计算

4．6 本章小结

第5章减摇水舱设计方法及参数频率响应法在双水舱系统中的应用

5．1 概述

5．2 参数频率响应法

5．3 减摇水舱设计方法

5．4 “船舶-双水舱”系统运动方程及其频率参数

5．5 参数频率响应法在减摇水舱仿真中的参数分析

5．5．1 水舱固有频率ω_(t1)和ω_(t2)

5．5．2 水舱无因次阻尼系数2v_(t1)和2v_(t2)

5．5．3 参数k1和k2

5．5．4 参数X1和X2

5．6 “双水舱”减摇系统参数频率响应法仿真实例分析

5．7 本章小结

第6章 “减摇鳍-双水舱”综合减摇系统研究

6．1 概述

6．2 “减摇鳍-双水舱”系统

6．2．1 RO/RO滚装船基本参数

6．2．2 RO/RO滚装船减摇水舱和减摇鳍的布置

6．3 综合平衡装置控制系统

6．4 综合减摇系统控制器的设计

6．4．1 控制器优化过程

6．4．2 仿真的海浪模型

6．4．3 综合减摇装置控制器设计

6．5 仿真结果与讨论

6．6 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历

发布时间: 2005-10-21

参考文献

[1].鲁棒滑模反步控制法及其在减摇鳍中的应用[D]. 张海鹏.哈尔滨工程大学2004
[2].模糊控制器的解析研究及在减摇鳍控制中的应用[D]. 修智宏.大连海事大学2005
[3].船舶减摇鳍系统智能控制及其可视化仿真的研究[D]. 李晖.大连海事大学2003
[4].减摇鳍的动态水动力特性及电伺服系统研究[D]. 姚绪梁.哈尔滨工程大学2005
[5].船舶零航速减摇鳍及其电动伺服系统研究[D]. 罗延明.哈尔滨工程大学2007
[6].零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D]. 王龙金.哈尔滨工程大学2009
[7].零航速减摇鳍仿生机理及控制关键技术[D]. 王帆.哈尔滨工程大学2010
[8].基于升力反馈的全航速减摇鳍研究[D]. 宋吉广.哈尔滨工程大学2012
[9].船舶减摇鳍/减摇水舱综合减摇试验装置研究[D]. 于立君.哈尔滨工程大学2008
[10].船舶零航速减摇鳍升力机理及系统模型研究[D]. 綦志刚.哈尔滨工程大学2008

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