船舶鳍/水舱联合减横摇智能控制系统研究

摘要

对于执行某种或多种使命任务的水面舰船来说，需要在紧急工况下高速航行至某特定海域，到达目的地后，又需要低速在该海域执行相关任务，如海洋环境监测、周边环境测绘或者是搜救捕捞任务等。这就要求，无论是在高速工况还是低速工况下，这种水面舰船的摇摆尽可能小，尤其是减小横摇运动的影响，以保证其顺利安全地执行相关任务。
　　目前国内外的减横摇技术大都采用单独的减摇装置，而有关于舱鳍联合减摇的技术研究又存在着多种问题，比如:在低航速下减摇鳍减摇份额很小，在高航速下减摇水舱减摇份额也很小，此时加入减摇鳍和减摇水舱会造成能源的浪费。针对上述问题，为降低系统能耗，同时实现船舶的全航速下有效减摇，本文设计了船舶鳍/水舱联合减横摇智能控制系统控制方案以及控制策略。
　　首先，对船舶鳍/水舱联合减横摇智能控制系统的总体构成进行了设计，分析了船舶鳍/水舱联合减横摇智能控制系统的系统构成。
　　其次，通过对减摇鳍系统，可控被动式减摇水舱系统数学模型的建立，推出了船舶鳍/水舱联合减横摇控制系统的数学模型，尤其是详细阐述了加入气阀开关控制式减摇水舱的船舶鳍/水舱联合减横摇智能控制系统的数学模型的建立过程。
　　然后，对船舶鳍/水舱联合减横摇智能控制系统中“鳍/水舱控制器”的控制策略进行了设计，提出采用分级控制的控制策略对减摇鳍工作状态进行控制，使船舶鳍/水舱联合减横摇智能控制系统中的减摇鳍可以在适当航速下退出工作。针对减摇水舱，提出采用“气阀开关控制式减摇水舱”，并在说明以往常用的两种气阀开关控制策略的基础上，提出“水舱气阀开关PD控制策略”。对于控制系统的PID控制器，提出采用“基于能量最优的变参数PID控制器控制策略”。
　　最后，为实现船舶鳍/水舱联合减横摇智能控制系统的控制方案和控制策略的仿真，设计了船舶减摇鳍/水舱联合减横摇控制系统仿真软件。该软件具备用户管理，实时仿真，仿真图像显示，数据存储，数据查询等多种功能。方便用户模拟仿真不同船型和各工况下的船舶减摇鳍/水舱联合减横摇控制系统的横摇状况，从而进行理论研究。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1论文的背景及意义

1．2．1减摇鳍国内外研究现状

1．2．2减摇水舱国内外研究现状

1．2．3综合减摇技术国内外研究现状

1．3论文的主要内容与结构

第2章船舶鳍／水舱联合减横摇智能控制系统方案设计

2．1引言

2．2船舶减摇鳍系统工作原理及系统组成

2．3船舶减摇水舱系统工作原理及系统组成

2．4船舶鳍／水舱联合减横摇智能控制系统组成

2．5本章小结

第3章船舶鳍／水舱联合减横摇智能控制系统建模

3．1引言

3．2随机海浪扰动模型及其仿真

3．3船舶横摇运动数学模型

3．4船舶-减摇鳍系统数学模型

3．5船舶-减摇水舱系统数学模型

3．5．1船舶-被动式减摇水舱数学模型

3．5．2船舶-可控被动式减摇水舱数学模型

3．6船舶鳍／水舱联合减横摇智能控制系统数学模型

3．6本章小结

第4章船舶鳍／水舱联合减横摇智能控制系统控制策略设计

4．1引言

4．2船舶鳍／水舱联合减横摇智能控制系统控制策略设计

4．2．1鳍／水舱控制器控制策略设计

4．2．2减摇水舱控制器控制策略设计

4．2．3基于能量最优的变参数PID控制器控制策略设计

4．3本章小结

第5章船舶鳍／水舱联合减横摇控制系统仿真系统设计

5．1引言

5．2．1系统总体设计

5．2．2系统体系结构设计

5．3船舶鳍／水舱联合减横摇控制系统仿真系统接口设计

5．3．1控制策略模块、数学模型模块和人机交互模块的接口设计

5．3．2控制策略模块与数学模型模块接口设计

5．3．3各模块与数据处理模块接口设计

5．4船舶鳍／水舱联合减横摇控制系统仿真界面设计

5．5船舶鳍／水舱联合减横摇控制系统仿真实现

5．6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢