综合减摇系统中鳍和水舱耦合影响及机理研究

摘要

目前采取减摇鳍与减摇水舱进行联合减摇为最有效的减摇方式，为使在船舶在全航速下都具有良好的减摇能力，提高船舶安全系数。但由于减摇装置间的耦合影响，导致综合减摇系统的减摇能力与减摇鳍、减摇水舱二者存在复杂非线性关系，通过对综合减摇效果分析可知，其联合减摇效果并不是将二者的减摇效果进行简单的线性叠加，而是两者之间通过相互作用彼此影响的。因此分析减摇鳍与减摇水舱之间的耦合，这对提高综合减摇系统的减摇效果、选择合理控制算法改善控制器控制性能以及对船舶减摇理论发展具有重要意义。
　　在阅读大量有关船舶综合减摇系统的方面资料后，分析综合减摇系统数学模型、减摇装置工作机理的基础上，利用 Fluent软件对减摇鳍与减摇水舱之间耦合特征进行分析，最后针对综合减摇系统耦合特征分别采用不同解耦算法对综合减摇控制器进行设计，并进行仿真分析。
　　本文主要研究内容：
　　1、通过对减摇鳍和减摇水舱工作原理及综合减摇系统数学模型分析基础上，为寻求综合减摇系统中鳍和水舱耦合影响效果，提出把装备被动水舱的船舶横摇角之差折算为等效波倾角，利用减摇前后波倾角幅值变化来获得减摇水舱对船舶横摇影响，并将此变化量嵌入到由Fluent UDF自定义函数中，利用编程模拟在船舶-被动式减摇水舱作用下减摇鳍周围流场变化状况，并获得鳍表面压力分布图，通过仿真模拟实现了不同条件下鳍和水舱的耦合效果，为综合减摇系统参数配置及控制器优化提供理论依据。
　　2、将振动理论中的方程模态化方法引入综合减摇系统中，把综合减摇系统方程转化为模态空间方程，利用状态空间法找到该方程解向量的一组基底，则说明方程有解，进而能实现综合减摇系统解耦，并对其进行模态频响函数分析。
　　3、由于综合减摇系统中变量间耦合因素的存在，往往会导致系统达不到最佳控制状态。而基于广义预测算法具有自适应、鲁棒性强等优点，将其应用到综合减摇系统控制器设计中，仿真表明不仅可降低系统内在耦合作用，还能消除因外界随机干扰产生的不利影响。
　　4、运用混沌相关理论对综合减摇系统动力学模型方程进行分析，表明该系统属于超混沌系统，并对综合减摇超混沌系统的混沌行为进行分析，通过设计合理的反馈控制参数来改善该系统的混沌行为。在此基础上并将混沌搜索算法与蚁群算法相结合实现对综合减摇系统PID控制器控制参数寻优，仿真表明，该算法不但有较强全局优化能力，同时还提高系统收敛速度，极大改善了控制器的控制性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 影响综合减摇系统的减摇能力主要原因

1.3 智能控制算法在综合减摇系统上应用

1.4 减摇装置间耦合关系及影响

1.5 本文的主要研究内容

第2章 FLUENT基本理论及应用介绍

2.1 流体力学基本知识

2.2 Fluent流体分析软件概述

2.3 Fluent在船舶数值模拟常用的湍流模型

2.4 本章小结

第3章 综合减摇系统Fluent仿真及耦合分析

3.1 被动式—减摇水舱fluent仿真分析

3.2 减摇鳍Fluent仿真分析

3.3 综合减摇系统动态耦合分析

3.4 本章小结

第4章 综合减摇耦合系统控制器优化设计

4.1 随机海浪信号优化处理

4.2 基于广义预测算法综合减摇系统控制器设计

4.3 基于振动理论综合减摇系统控制器设计

4.4混沌算法对综合减摇系统PID控制器进行优化分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢