大型双桨双舵船舶操纵自抗扰控制研究

发布时间：2017-10-12 08:28

  本文关键词：大型双桨双舵船舶操纵自抗扰控制研究

  更多相关文章： 双桨双舵船舶 船舶运动数学模型 船舶操纵性 自抗扰控制器

【摘要】：以近年来出现的双螺旋桨双舵Triple E超大型双桨双舵集装箱船舶为研究对象,本文对其操纵运动数学模型建立、操纵性仿真分析和改进型自抗扰控制技术应用等进行了系统的研究。完成了以下研究工作。(1)以Triple E超大型双桨双舵集装箱船为研究对象,基于MMG建模机理,分析了船体、双桨和双舵的作用力及其相互干扰因素,考虑了风流的影响,建立适用于双桨双舵船舶的三自由度船舶操纵运动数学模型。对船舶数学模型进行旋回试验和Z形试验计算,验证了所建模型的有效性。针对两螺旋桨在转速相同和转速不同的几种工况,研究分析船舶的操纵性,从仿真结果可以得出双桨双舵船舶具有更灵活的操纵性。(2)本文研究大型双桨双舵船舶的操纵控制问题,将自抗控制技术应用到双桨双舵船舶航向控制器设计中。根据自抗扰控制的基本原理,作者设计了线性自抗扰航向控制器和非线性自抗扰航向控制器,并分别在理想海况下和有干扰海况下进行仿真实验。仿真结果表明,这两种自抗扰控制器都可以对航向实现有效的控制。(3)针对上述常规自抗扰控制器的精度问题,利用模糊控制算法优化自抗扰控制器参数,设计出模糊线性自抗扰控制器和模糊非线性自抗扰控制器,并进行仿真实验。模糊优化参数自抗扰控制器的控制效果明显优于常规自抗扰控制器,响应速度更快,控制精度更高,且具有较强的鲁棒性。针对尺度、排水量等存在明显差异的双桨双舵船舶被控对象,作者还将所设计的控制器应用在一条尺度较小的救助船,仿真计算结果表明,该控制器可以实现对不同船舶对象的有效控制,具有良好的适应性。
【关键词】：双桨双舵船舶 船舶运动数学模型 船舶操纵性 自抗扰控制器
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 课题的研究现状11-12
• 1.2.1 大型双桨双舵船舶研究现状11-12
• 1.2.2 自抗扰技术研究现状12
• 1.3 本论文的主要工作12-14
• 第2章 大型双桨双舵船舶操纵运动数学模型14-37
• 2.1 分离型船舶操纵运动数学模型的建立14-17
• 2.1.1 船舶运动坐标系14-16
• 2.1.2 船舶平面运动方程的建立16-17
• 2.2 作用于船体上的流体动力和力矩的计算17-22
• 2.2.1 惯性流体动力和力矩18-19
• 2.2.2 粘性流体动力和力矩19-22
• 2.3 作用于螺旋桨和舵上的流体动力和力矩的计算22-27
• 2.3.1 螺旋桨上的流体动力数学模型22-24
• 2.3.2 舵上的流体动力数学模型24-27
• 2.4 船舶运动的干扰力数学模型的建立27-29
• 2.4.1 风的干扰力数学模型27-28
• 2.4.2 流的干扰力数学模型28-29
• 2.5 船舶模型操纵性仿真及验证29-33
• 2.5.1 旋回试验31-32
• 2.5.2 Z形操纵试验32-33
• 2.6 超大型船舶多工况操纵性的研究33-36
• 2.6.1 双桨联合操作时操纵性分析33-35
• 2.6.2 双桨独立操作时操纵性分析35-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第3章 船舶航向自抗扰控制器37-48
• 3.1 船舶航向控制概述37-38
• 3.2 自抗扰控制器的结构38-42
• 3.3 自抗扰控制器参数整定规则42
• 3.4 自抗扰控制器的设计42-44
• 3.4.1 非线性自抗扰控制器设计42-43
• 3.4.2 线性自抗扰控制器设计43-44
• 3.5 Triple E超大型船舶航向自抗扰控制仿真44-47
• 3.5.1 理想情况下仿真结果45-46
• 3.5.2 有干扰情况下仿真结果46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 船舶航向模糊优化自抗扰控制器研究48-58
• 4.1 模糊优化参数自抗扰控制器设计48-51
• 4.2 船舶航向模糊线性与非线性自抗扰控制仿真结果及分析51-54
• 4.2.1 模糊线性自抗扰控制器51-53
• 4.2.2 模糊非线性自抗扰控制器53-54
• 4.3 FADRC对不同船型的控制效果54-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 结论与展望58-60
• 5.1 结论58-59
• 5.2 不足与展望59-60
• 参考文献60-64
• 致谢64

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