船舶三自由度仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)與預(yù)報(bào)方法研究.pdf

1、船舶運(yùn)動(dòng)研究中，若采用海上實(shí)船試驗(yàn)方式需花費(fèi)大量人力、物力和時(shí)間。為減少海上試驗(yàn)次數(shù)、降低實(shí)驗(yàn)成本，縮短開發(fā)周期，有必要設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)，模擬船舶海上運(yùn)動(dòng)。本論文以“十五”國防預(yù)研項(xiàng)目“船舶減搖控制研究”為應(yīng)用背景，開發(fā)研制了船舶橫搖、縱搖、升沉三自由度半物理仿真平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了船舶姿態(tài)預(yù)報(bào)算法的研究。具體內(nèi)容如下：本文首先完成了船舶三自由度半物理仿真平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)。根據(jù)某型號(hào)實(shí)船運(yùn)動(dòng)過程的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了平臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并以此為依據(jù)完成

2、了平臺(tái)的控制驅(qū)動(dòng)及數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè)計(jì)。仿真平臺(tái)采用工作在位置控制模式下的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。PC機(jī)控制卡將指令信號(hào)與當(dāng)前平臺(tái)姿態(tài)作差，產(chǎn)生的電機(jī)進(jìn)動(dòng)指令以脈沖信號(hào)的形式發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，完成電機(jī)的位置控制。 為獲得平臺(tái)姿態(tài)的指令信號(hào)，論文進(jìn)行了船舶橫搖、縱搖、升沉三自由度運(yùn)動(dòng)仿真。首先根據(jù)某海情下實(shí)船水動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立基于切片理論的船舶姿態(tài)運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型模型。對(duì)于船舶受到的擾動(dòng)，采用海浪譜分析的方法對(duì)姿態(tài)模型擴(kuò)展。利用Matlab對(duì)

3、擴(kuò)展后的模型進(jìn)行數(shù)值仿真。 論文結(jié)合仿真試驗(yàn)臺(tái)的具體功能和硬件結(jié)構(gòu)，基于LabVIEW設(shè)計(jì)了平臺(tái)的控制軟件。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括：平臺(tái)校正程序設(shè)計(jì)、平臺(tái)初始化程序設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)生成程序設(shè)計(jì)。 在船舶運(yùn)動(dòng)半物理仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)上，論文進(jìn)一步對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)船舶姿態(tài)預(yù)報(bào)算法進(jìn)行研究。在分析艦船運(yùn)動(dòng)特性的基礎(chǔ)上對(duì)艦船運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了自適應(yīng)AR建模，介紹了自適應(yīng)AR模型預(yù)報(bào)的基本原理，并在分析RLS遞推算法的基礎(chǔ)上給出了一種改進(jìn)的R