基于自抗扰控制器的双体船减纵摇技术

发布时间：2020-08-08 23:33

【摘要】：随着我国对海洋领土主权意识愈发重视,“一带一路”发展战略中对二十一世纪海上丝绸之路的重点建设与发展,我国海洋业及船舶业正面临着前所未有的发展机遇。可以说,船舶研究设计与船舶操纵控制设计这两个领域正在深刻的影响着我国海洋业的发展。因此,我们应当在新型船舶的设计与先进船舶控制技术的使用这两点上投入更多精力和研究。高速穿浪双体船为近几年提出的新型船舶。由于其宽阔的甲板面积、行进间低横摇响应以及航速快、隐身性能优良等优点,使得其在我国海军中占有一席之地。本文通过对双体船的升沉与纵摇响应分析,开展了双体船与减摇附体的几何模型建模工作,并针对减摇附体的流体力学性能进行设计与分析。为降低其纵向运动响应,使其性能更加出色,研究了适配减摇附体的双体船,对双体船同时安装控制式T型翼与压浪板这一方案进行了详细的讨论,以期结合控制降低双体船的升沉响应与纵摇响应。在设计控制器时,以双体船的升沉和纵摇响应作为控制对象,利用自抗扰控制器对其进行控制,对自抗扰控制器的四个模块共十二个参数进行了详细的整定讨论。利用自抗扰控制器的自身观测特点对双输入双输出系统进行解耦控制,再分别用控制器对T型翼与压浪板进行控制。通过对控制系统的大量实验及仿真后,得出同时适配T型翼及压浪板能够改善双体船的减摇性能这一结论。最后,将自抗扰控制器与PID控制器进行对比分析,通过实验仿真数据验证了所设计的自抗扰控制器具有优良的降低超调,抵抗干扰的能力。论文针对高速穿浪双体船减摇结构设计与减纵摇控制问题开展了流体力学和自抗扰控制方法研究。针对双体船模型构建,基于ANSYS设计并分析T型翼和压浪板建模,完成双体船及减摇附体仿真验证;完成自抗扰控制器参数整定和纵向运动控制器设计,仿真对比分析PID控制器和自抗扰控制器的控制效果。实验证明双体船加装经自抗扰控制器控制的T型翼与压浪板后升沉响应降低30%,纵摇响应降低60%,并较PID控制器性能有极大的改善,符合预期减摇效果。
【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
【图文】：

图 1.1 美国“海切片号”小水线面双体船发展与双体船越来越得到重视，国际上有很多船舶研究机构研究进展做了充分的研究和试验。其中，北约军事组织在经双体船船型能够在以下三个领域投入使用：小排水量（300中型排水量（6000t~12000t）的航母护卫舰；以及较t）的小型航空母舰。同时，仍适用于轻型舰船（1500t~300始，中国一共建造了超过 80 艘 022 型导弹快艇，022 型快役后取替性能较低的 021 型和 024 型快艇。022 型快艇为世船概念应用到军事领域的快艇。由于并不具有相关军事服役引起了各界的疑问。但是在其通过海军军事任务的考验后，至 2009 年 8 月，我国海军已经装备了超 80 艘该型导弹快艇全满足海军的日常任务要求。

图 1.1 美国“海切片号”小水线面双体船的发展与双体船越来越得到重视，国际上有很多船舶研究机化研究进展做了充分的研究和试验。其中，北约军事组织在出双体船船型能够在以下三个领域投入使用：小排水量（3；中型排水量（6000t~12000t）的航母护卫舰；以及00t）的小型航空母舰。同时，仍适用于轻型舰船（1500t~3开始，中国一共建造了超过 80 艘 022 型导弹快艇，022 型服役后取替性能较低的 021 型和 024 型快艇。022 型快艇为体船概念应用到军事领域的快艇。由于并不具有相关军事服时引起了各界的疑问。但是在其通过海军军事任务的考验后止至 2009 年 8 月，我国海军已经装备了超 80 艘该型导弹快完全满足海军的日常任务要求。

图 1.3 T 型翼与压浪板的安装位置及外形特征翼最早是将其固定安装于船底，因此 T 型翼很难进行安装和维修。亚的船舶公司联合研制了一种能够主动回收的 T 型翼，这种 T 型翼功应用到了实船上。并通过实际试验验证该减摇附体能够改善船舶在一定程度上大大改善了船员们的晕船情况。从 2000 年开始，Crurra 教授在高速单体船上加装 T 型水翼和尾部副翼。并利用水动力仿同的海况和航速下，裸船模型的相应水动力系数。同时，他们在这和力与运动之间的传递函数。然后，他们还通过实验仿真计算了基加装 T 型水翼后，船体的各项水动力参数。通过系统模拟仿真结果 T 型水翼后运动时其垂向加速度可降低 65%，晕船率可减少 35%[26理论对某深 V 型快速渡轮进行了水动力求解，其分别采用纵摇角速号的控制策略实现了摆角在 0°，15°和 30°这 3 个值时的实时变化，和 40 节这 2 种控制策略下船的垂荡和纵摇响应。刘冰采用势流理行水动力计算。并构建了 T 型翼和扰流板的升力模型，在摆角的控制

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本文编号：2786262