船舶连续弯曲段自适应控制仿真研究

摘要

近年来沿江经济带的发展促使桥梁建设趋于密集化，这必然导致群桥水域大范围形成。群桥水域的一个显著特点就是连续转弯，这与内河连续弯曲航道的水文特点不谋而合。与此同时，现行的内河通航规则却要求船舶过桥区强制采取手操舵，但有关研究表明桥梁船撞事故的64％是由于驾引人员失误造成的。可想而知，未来内河航运业解决此矛盾的途径必然是以类似现阶段远洋航行已十分成熟的、精密的船舶自动驾驶系统取代现阶段在高压、紧促环境下易于发生失误的人工控制来解决此矛盾。因此，研究连续弯曲航道的船舶航向自适应控制对实现内河船舶自动航行具有重大研究价值。与此同时，连续弯曲航道的航向自动控制的研究与推广，对降低桥梁船撞事故风险，都具有重大的核心意义。
　　论文针对群桥水域连续弯曲航道的船舶连续转弯特性为切入点，分析了内河连续弯曲航道的水文特点，并通过计算流体力学仿真的方法对连续弯曲航道流场态势进行分析与总结，进而提出能够满足内河连续弯曲航道连续转向特点的船舶航向自适应控制规则。
　　本文首先查阅了大量的文献，了解现阶段连续弯曲航道以及船舶自动控制的研究情况，进而对内河连续弯曲航道的特征进行系统分析，在总结现有研究成果的基础上，利用计算流体力学以及相应CFD软件开展了连续弯曲航道流场模拟仿真并分析总结流场特点。应用船舶运动数学模型理论，选取合适的内河船舶，设计建立了本文所需的船舶运动仿真模型。最终应用模糊理论、PID控制原理结合连续弯曲航道的流场特点设计了针对内河连续弯曲航道优化后的模糊控制规则并开展了控制规则优化前后的对比仿真实验，实现了船舶连续弯曲航段的航向自适应控制的模拟仿真。

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第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 连续弯曲航道特征分析

2.1 连续弯曲航道简介

2.2 基于流场模拟的连续弯曲航道特征分析

2.3连续弯曲航道仿真结果及特征总结分析

2.4 本章小结

第3章 船舶运动数学建模

3.1 船舶运动模型分类与比选

3.2 船舶运动坐标系统

3.3 船舶受力分析

3.4 船舶运动数学建模

3.5 船舶平面运动仿真

3.6 本章小结

第4章 针对连续弯曲航道特点的模糊控制规则

4.1 控制理论及原理比选

4.2 PID及模糊控制原理

4.3 针对连续弯曲航道流场特点的规则建立

4.4 本章小结

第5章 连续弯曲航道航向自适应控制仿真

5.1 simulink软件介绍

5.2 连续弯曲航道航向自适应仿真建模

5.3 仿真对比实验及结果

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目