基于減搖鰭的船舶縱向運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、船舶縱向運(yùn)動(dòng)特別是縱搖搖蕩運(yùn)動(dòng)對(duì)海浪中航行的船舶具有很大危害，因此在船舶橫搖問題得到解決后，縱向運(yùn)動(dòng)就成為船舶搖蕩中最需解決的問題。隨著科技發(fā)展，船舶設(shè)計(jì)也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，出現(xiàn)了很多高性能船，如小水面雙體船、水翼艇等，具有很好的耐波性。但從經(jīng)濟(jì)等方面等多方面的考慮，現(xiàn)有的大多數(shù)普通船不可能都被高性能船所取代，對(duì)現(xiàn)有船進(jìn)行改進(jìn)，以改變它們的適航性和耐波性顯得尤為重要。船受到海浪擾動(dòng)作用的影響，船搖蕩運(yùn)動(dòng)也會(huì)伴隨產(chǎn)生橫向、縱向上的搖蕩加速度

2、運(yùn)動(dòng)，從而增加暈船發(fā)生率，使得船上人員的舒適度大大降低，隨著海上運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，對(duì)此問題設(shè)計(jì)專門的控制器也變得尤為迫切。針對(duì)以上這些問題，本篇論文探討利用兩對(duì)原有用于橫搖穩(wěn)定的減搖鰭來減小船縱向運(yùn)動(dòng)的控制研究，并根據(jù)縱向運(yùn)動(dòng)控制需要對(duì)鰭進(jìn)行調(diào)整以及重置。
　　為了分析船的縱向搖蕩運(yùn)動(dòng)情況以及對(duì)船的縱向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定控制，必需先建立起船的縱向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，在文章中簡(jiǎn)單闡述了數(shù)學(xué)建模中所遇到的問題，以及解決方法。對(duì)于船體縱向運(yùn)動(dòng)時(shí)的水動(dòng)力參

3、數(shù)以及海浪擾動(dòng)力和力矩，借助船舶輔助設(shè)計(jì)和建造軟件Maxsurf11進(jìn)行仿真計(jì)算，基于切片原理可以快速求解出在一定海況、航速和航向下的水動(dòng)力參數(shù)。對(duì)于求解出的隨遭遇頻率變化的全局水動(dòng)力值，利用海浪譜加權(quán)的方法進(jìn)行處理，得到船舶縱向運(yùn)動(dòng)建模所需的參數(shù)。本文是探討減搖鰭在船縱向運(yùn)動(dòng)中的控制研究，對(duì)減搖鰭的水動(dòng)力進(jìn)行了分析，并簡(jiǎn)單分析前后組合鰭在船縱向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定中的控制方法。在求得船水動(dòng)力參數(shù)、波浪擾動(dòng)力和力矩的樣本函數(shù)以及鰭上的總附加力后，完

4、成船縱向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立。為了驗(yàn)證建立的船運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型是否合理，對(duì)建立的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。
　　本文把船縱向運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)換成為狀態(tài)空間方程的形式，以通過現(xiàn)代控制方法解決船舶搖蕩這類多輸入多數(shù)出的復(fù)雜控制問題。在系統(tǒng)控制中利用減搖鰭作為補(bǔ)償?shù)窒b置，設(shè)計(jì)LQR最優(yōu)狀態(tài)反饋控制器，并利用遺傳算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)加權(quán)陣進(jìn)行了優(yōu)化，使船縱向運(yùn)動(dòng)最小。在對(duì)傳統(tǒng)的縱向搖蕩運(yùn)動(dòng)幅度進(jìn)行穩(wěn)定控制后，考慮到暈船對(duì)乘船適居性的影響，嘗試以船上乘客舒