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小水线面双体船运动仿真及其控制技术研究

作　者: 邓伟杰
导　师: 梁利华
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 小水线面双体船垂荡纵摇水动力系数模糊PID控制
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

小水线面双体船是一种耐波性能优良的高性能船舶。它具有中高速下阻力小、甲板面积宽敞、可以完成多种使命以及能够满足各种航海要求等多方面优点，因而受到了世界各国的广泛关注。我国从上世纪80年代开始加大对小水线面双体船的研究和设计，但是工作的重点主要放在小水线面双体船总体结构、水动力及其运动性能等方面，对姿态稳定控制技术的研究有待于加强。小水线面双体船的纵向运动和高速情况下的垂荡运动直接影响其在海上的运动姿态，进而影响船的运动稳定性。因此，加强对小水线面双体船纵向姿态稳定装置及其控制方法的研究，具有重要而深远的意义。一方面，可以弥补我国对小水线面双体船姿态稳定装置研究的空白；另一方面，以双体船技术为基础的多体船目前也受到了国内外的关注，许多资料显示多体船在高速下同样面临突出的垂荡和纵摇运动影响，因此，掌握小水线面双体船综合姿态稳定控制技术，可以给未来研究多体船姿态稳定平衡技术提供有力的技术保障。本文首先建立了小水线面双体船纵摇和垂荡运动的数学模型，然后在此基础上对运动方程中的各个水动力系数用切片法进行了理论计算，并以不同频率的规则波作为小水线面双体船的扰动信号，研究其在不同频率规则波作用下的纵摇、垂荡运动特性，掌握小水线面双体船纵摇和垂荡运动方程的频率特性。在完成前几项工作的基础上，设计了小水线面双体船稳定鳍的模糊PID控制器，并对其作用效果进行仿真研究。通过分析，在该控制器的作用下，稳定鳍可为小水线面双体船的纵向运动提供比较良好的耐波性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题研究的目的和意义  9-10
  1.2 小水线面双体船及发展概况简介  10-12
  1.3 小水线面双体船性能特点  12-15
    1.3.1 小水线面双体船主要优点  12-13
    1.3.2 小水线面双体船主要缺点  13-15
  1.4 本文主要工作内容  15-16
第2章小水线面双体船运动方程及求解  16-24
  2.1 引言  16
  2.2 船舶六自由度运动  16-17
  2.3 运动方程式建立和求解  17-23
    2.3.1 小水线面双体船在波浪中的运动方程组  17-22
    2.3.2 运动方程的解  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章小水线面双体船水动力系数及求解  24-42
  3.1 引言  24
  3.2 势流引起的船的水动力系数  24-31
    3.2.1 基本方程  24-26
    3.2.2 水动力计算公式  26-28
    3.2.3 细长体假设和切片方法  28-30
    3.2.4 横剖面的二维势流解  30-31
  3.3 水的粘性引起的水动力系数  31-37
  3.4 水动力系数数值计算方法  37-38
  3.5 鳍的水动力计算  38-41
  3.6 本章小结  41-42
第4章小水线面双体船的运动仿真  42-62
  4.1 引言  42-43
  4.2 在规则波下的仿真  43-55
    4.2.1 遭遇频率对小水线面双体船运动响应的影响  43-49
    4.2.2 航速对小水线面双体船运动响应的影响  49-55
  4.3 在不规则波下的仿真  55-61
    4.3.1 随机海浪的实时仿真  55-56
    4.3.2 不同海况下的小水线面双体船运动仿真  56-61
  4.4 本章小结  61-62
第5章控制器的设计与仿真  62-77
  5.1 引言  62
  5.2 纵向运动控制系统模型  62-63
  5.3 常规PID控制  63-66
  5.4 模糊PID控制器  66-76
    5.4.1 模糊PID控制原理  66-67
    5.4.2 模糊控制器的结构及其隶属函数的确定  67-69
    5.4.3 参数自整定原则  69-71
    5.4.4 模糊合成推理算法及调整决策矩阵  71-73
    5.4.5 模糊PID控制算法  73
    5.4.6 仿真和分析  73-76
  5.5 本章小结  76-77
结论  77-78
参考文献  78-82
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  82-83
致谢  83

小水线面双体船运动仿真及其控制技术研究

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