高速三体船纵向运动模型辨识及减纵摇控制规律研究

发布时间：2020-07-03 06:26

【摘要】：在众多新型船舶中,三体船因其快速高效的航行特点、灵活稳定的船体设计以及在复杂恶劣环境中的稳定性能等诸多优点,在多项领域中都有着出色的应用,日益成为国内外新型船舶的重点研究发展方向。但由于三体船本身细长船体的特殊结构,使得其在行驶中会产生较大的升沉与纵摇幅度,进而影响三体船的各方面性能,同时也制约了三体船的进一步应用。因此,本文的主要研究内容即为如何实现三体船的纵向减摇,进而使高速三体船的航行运动更加稳定。本文首先采用系统辨识的方法根据相关船模实验数据确定出三体船纵向运动数学模型,在此基础上使用T型翼和压浪板作为船舶的减摇附体,并进一步加入相关的控制算法进行仿真模拟,以此来达到高速三体船纵向减摇的目的。本文采用T型翼和压浪板作为三体船的减摇附体,分析了三体船在高速航行过程中的纵向运动情况。首先对三体船的运动模型与受力模型分别进行分析建立,应用ANSYS软件计算船体的各项水动力系数,并使用经典系统辨识方法中的最小二乘法以及现代辨识方法中的遗传算法分别对三体船拖拽水池实验数据进行拟合计算与分析辨识,得到可将输入信号转化为船体升沉力与纵摇力矩的三体船受力模型,并进一步对比研究两种系统辨识方法的优缺点。之后对减摇附体的数学模型进行分析建立,并模拟研究其实际减纵摇效果,通过CFD相关软件进行三体船纵向运动模拟仿真以及对减摇附体升、阻力系数的求解,分析选择出减摇效果最佳的减摇附体尺寸及安装位置。最后应用MATLAB Simulink建立多体船的纵向运动系统,并选用相关控制方法设计解耦控制器,一方面将减纵摇效果优化,最大程度减少三体船的纵摇幅度;另一方面减小整个系统中各环节之间的耦合作用,使其互不干扰。控制方法上决定采用传统PID控制以及模糊PID控制,并分别对比分析两种方法的减纵摇效果以及适用环境。经仿真实验结果最终分析可知,模糊PID的减纵摇控制效果优于传统PID控制方法,且在加入解耦控制器后整个三体船运动系统耦合作用明显减小,纵向减摇效果更为理想。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.951;TP273
【图文】：

三体船,战斗舰,实验阶段,21世纪

纵向减摇控制研究。外研究现状三体船的研究现状国内，国外对于三体船的开发时间较早。在 1970 年前后，前苏联首中的各项性能进行了相关实验研究；进入 90 年代之后，英美等国相波稳定性进行了一系列实验研究；进入 2000 年，英国决定将三体船应用在军事领域，并斥巨资设计打造三体船军舰“海神号（RV Trito了大量的水上实验并记录相关数据参数以此对其进行改进。年，澳大利亚首次设计完成了搭载量达千吨以上，最高船速接近40节的高速三体客货运输船；2008年，美国自主研发建造的高速战斗舰“”在奥斯塔造船厂建造完成并顺利下水。“独立号”战舰总排水量约 40 节，是一艘配合突击运输作战部队，以运输武器装备为主要任务斗舰，“独立号”的建成意味着三体船在军事领域中也开始得到了相

三体船,三体,救生船,客船

图 1.2 澳大利亚三体客船世界各国相继投入了大量人力物力对三体船进行研发与生产，在国内，三究也开始受到重视。我国自主研发的“北救 143”号三体救生船于 2012 年，并于北海配合其他飞机、舰船等单位进行各项海上紧急任务工作，该船立自主设计建造的高速三体救生船。这艘三体救生船列装后可以进行海上资装备补给、协同海上作业等各种海洋巡航救援工作。

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