装有摆线推进器动力定位推力分配研究

摘要

随着我国海洋技术的日益发展，海洋船。舶对动。力定。位（Dynamic Positioning，DP）系。统的依。赖性逐渐提高，对其控。制精。度、可。靠性和适。应性也提。出了更。高的要。求，需要在设计要求的任何情况下都能达到较高的控制精度。为了安。全和高。效地驾。驶船舶，在浅。海区域的船。舶操。纵已经成为保。证港内安。全航行不可缺。少的重。要手段，所以，对拖船在港内操。纵性。能的研。究就非常重。要。本文以一种港。内操纵性。能优良，在国。外有使。用，但在我国港。口还没。有得到广。泛应用的船。舶，即装有摆线推进器的船舶，并对其运。动特。性进行的分析。在总。结国内外已公。开资料的基。础上，吸。取了日本 MMG建。模思想，建。立一。组较为精。确、完。整的摆。线推进船。舶的运。动方程。 首先，建立船舶三自由度运动学与动力学模型以及风、浪、流干扰模型以便反映船。舶在外界环。境干扰和推。进器共同作。用下的运动特。性。在对船舶建立了数学模型之后，对其进行了无环。境干扰下的回。转实验的仿。真，最终结。果表明文中所建。立的船。舶模型能够反。映出正常情。况下船。舶的运。动状况。 其次，目前普通的螺旋桨由于物理约束条件的限制，其扭矩过大对转轴造成损害，且反转效率很低，而摆线推进器由于叶片垂直于水平面，自身为竖轴转动，就避免了机械转向的损害以及转向速率的限制，但因为摆线推进器结构非常复杂，各方面技术要求都比较高，所以还没有得到广泛应用，因而对其进行研究有重要的意义 在研究过摆线推进器的原理之后，船舶正常运行最重要的一部分就是将控制系统所下达的控制指令分配到各个推进器中，动力定。位系统也需要控制系统，但是控制系统不是本文研究重点，所以只设计了传统的 PID控制器。因此本文对推力分配问题进行了研究，根据约束条件建立了对摆线推进器进行推力分配的目标函数，其本质为非线性的求最优解问题，此类优化问题求解方法有序列二次规划法，伪逆算法，粒子群算法等，本课题采用序列二次规划法对此问题进行求解，最终在 MATLAB中进行推力分配仿真验证，结果表明序列二次规。划算法对本文摆。线推进。器的推。力分配的可。行性和适。用性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1课题的研究背景及意义

1.2 国内外现状

1.3 论文主要内容

第2章 船舶运动数学模型

2.1 船舶运动的坐标系统与运动方程

2.2 海洋环境载荷数学模型

2.3 船舶模型仿真验证

2.4 本章小结

第3章 摆线推进器水动力模型研究

3.1 摆线推进器工作原理

3.2 摆线推进器运动模型

3.3 水动力性能分析

3.4 水动力性能的主要影响因素分析

3.5 摆线推进器的水动力模型设计

3.6本章小结

第4章 应用SQP算法进行推力分配

4.1 船舶动力定位PID控制系统的设计

4.2 基于摆线推进器推力分配问题描述

4.3 SQP算法进行推力分配

4.4算法与推进器优点对比分析

4.5 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