船舶动力定位模拟器中的推力系统关键技术研究

摘要

随着人类对海洋的开发与探索逐渐深入，传统锚泊定位方法已经无法满足船舶深海作业的要求，动力定位(DP)船舶的广泛使用已成为必然趋势，DP操作员也将变得不可或缺。然而，DP操作员的培训需要完善的培训设备，动力定位模拟器就是DP培训的主要设备。 推力系统作为动力定位模拟器的重要组成部分，通过将控制系统发送到各推进器的推力大小和方向指令实现，产生相应的推力，完成船舶动力定位。本文对动力定位模拟器中的推力仿真子系统，进行系统深入的建模与仿真研究，完成推力仿真子系统的设计与开发，为研制动力定位模拟器奠定理论与实践基础。本文主要完成工作总结如下: (1)对船舶动力定位模拟器的研究现状进行阐述，介绍了船舶动力定位模拟器的组成，详细分析其涉及的关键技术，最后分析了船舶动力定位模拟器中的推力仿真子系统主要研究内容。 (2)对推进器的工作特性进行介绍，其中包括推力和力矩的计算公式，船体与螺旋桨的相互作用以及推进器效率。进一步的，考虑动力定位船舶在定点控位和航迹控制两种状态下作业，推进器转速的求解问题。 (3)分别采用广义逆推力分配算法、构造矩阵零空间的推力分配算法以及组合偏置推力分配算法三种推力分配算法，对同一推力目标指令进行仿真分配，从仿真结果分析三种推力分配算法的异同以及各自的优缺点，针对三种推力分配算法的仿真结果分析对比，提出一种改进的推力分配算法，并通过仿真验证改进推力分配算法的优势。 (4)在(2)和(3)的基础上，采用C#中的WPF技术，完成了推进器数学模型建立、实现推力分配算法以及推力仿真子系统仿真软件的开发，所开发的仿真子系统能够融入到动力定位模拟器中，成为未来动力定位模拟器的一部分。 最后，总结全文并提出进一步的研究设想。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 船舶动力定位系统概述

1．2 船舶动力定位模拟器研究现状

1．3 船舶动力定位模拟器组成及关键技术

1．3．1 船舶动力定位模拟器组成

1．3．2 船舶动力定位模拟器关键技术

1．4 动力定位模拟器推力子系统关键技术

1．4．1 推力子系统工作流程

1．4．2 推力子系统关键技术

1．5 本论文主要内容

1．6 本章小结

第2章 推进器数学模型

2．1 敞水螺旋旋桨的推力和力矩

2．2 螺旋桨工作特性曲线

2．3 船体与螺旋桨相互作用

2．3．1 船体对螺旋桨的影响——伴流

2．3．2 螺旋桨对船体的影响——推力减额

2．4 推进效率

2．5 推进器转速的求解

2．6 本章小结

第3章 —种改进的推力分配算法

3．1 推力分配基本算法

3．2 构造矩阵零空间的推力分配算法

3．2．1 约束条件

3．2．2 基于构造矩阵零空间的推力分配策略

3．2．3 算法步骤

3．3 组合偏置推力分配算法

3．3．1 组合偏置

3．3．2 自适应组合偏置策略

3．3．3 组合偏置推力分配算法

3．4 三种分配方法仿真结果分析

3．5 本文提出的改进推力分配算法

3．5．1 改进推力分配算法的流程

3．5．2 仿真结果

3．6 本章小结

第4章 推力仿真子系统的设计与开发

4．1 推力仿真子系统的设计思想

4．1．1 总体设计思想

4．1．2 开发软件的选择

4．2 仿真系统特点

4．3 软件系统实现

4．3．1 仿真模型设计与开发

4．3．2 仿真界面设计与开发

4．3．3 软件系统的实现

4．3．4 VS2010项目的部署与安装

4．4 仿真结果分析

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

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