基于能量最优的综合减摇系统控制策略研究

摘要

船舶减摇一直都是船舶控制中的重要部分，随着人们对现代船舶作业高平稳性要求的提高，船舶减摇面临着新的挑战。目前，使用最多、效果最好的减摇策略一般是采用多种减摇装置进行综合减摇，其中最具代表性的就是船舶-减摇鳍-被动减摇水舱综合减摇系统。鳍-被动式减摇水舱系统结合了减摇鳍和被动减摇水舱两者的优点，不仅能取得理想的减摇效果，而且还能做到全航速下系统减摇。同时，减摇鳍作为一种主动减摇装置在工作时需要消耗大量的系统能量，在能源危机日益严峻的今天，考虑如何在保证系统减摇效果的基础之上进行系统能量的最优化就显得很要意义。
　　其实，船舶行进过程就是船舶推进系统克服阻力做功的过程，而船舶阻力的大小与船舶的航行速度存在密切的关系。再则，如果将被动式减摇水舱看作船体的一部分，综合减摇系统就相当于在减摇鳍作用下减摇，那么在一定范围内减摇效果也受航速影响较大。因此，在满足系统减摇效果的前提下通过选取合适的航速能大大降低系统的能量消耗。
　　本文在阅读大量文献的基础上，通过分析综合减摇系统的性能特点，论证了采用多目标遗传优化进行系统控制器优化设计的可行性，能够实现系统减摇的同时降低能量消耗，并进行相关的系统仿真分析。并且，通过分析船舶航速与综合减摇系统减摇效率的关系，航速与系统能量消耗的关系，能够寻找平衡航速满足系统减摇同时节省系统做功功率。
　　首先，通过分析船舶横摇运动方程，减摇鳍以及被动式减摇水舱的工作原理和数学模型建立船舶—减摇鳍—被动式减摇水舱综合减摇数学模型。
　　其次，通过介绍分析多目标遗传优化算法的特点以及综合减摇系统控制器优化目标，从数学理论上验证采用多目标遗传优化进行综合减摇系统控制器设计的可行性，并进行仿真分析。
　　最后，通过分析船舶航速对综合减摇系统减摇效率的影响，船舶航速和船舶主机克服阻力做功的近似关系，讨论在不怎么减小减摇效率的前提下通过合理降低船速，可以节省大量的燃油消耗。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 减摇装置研究现状

1.3 联合减摇研究现状

1.4 能量优化在船舶领域的研究现状

1.5 先进控制算法在减摇控制领域的应用

1.6 本论文研究的主要内容

第2章 综合减摇系统理论研究及分析

2.1 引言

2.2 船舶横摇数学建模及分析

2.3 船舶-减摇鳍系统数学建模及分析

2.4 船舶-被动水舱数学建模及分析

2.5 综合减摇系统数学建模及分析

2.6 本章小结

第3章 基于遗传算法的综合减摇系统能量优化控制器设计

3.1 引言

3.2 遗传算法和多目标函数优化

3.3 综合减摇系统能量优化控制器设计

3.4 本章小结

第4章 综合减摇控制系统仿真分析

4.1 引言

4.2 海浪仿真

4.3 综合减摇系统多目标遗传优化控制器仿真

4.4 本章小结

第5章 基于航行阻力的综合减摇系统能量优化研究

5.1 引言

5.2 航速对综合减摇系统减摇和能量消耗影响

5.3 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