船舶航速和航向控制及机桨匹配研究

发布时间：2017-04-16 08:13

  本文关键词：船舶航速和航向控制及机桨匹配研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 当今港口航运业发展相当迅猛,海上航行船舶的数量、类型和吨位都发生了巨大的变化,相应地对船舶的快速性、机动性、可靠性有了更高的要求。单机单桨已经不能满足大型船舶操纵性要求,多机多桨能够在不同工况下满足要求,被越来越广泛地采用,这就涉及到船机桨在能量转化和传动过程中的匹配问题,合理的匹配能够提高船舶的航行效率,节省能源。本文是针对四机四桨的大型船舶进行船机桨匹配及优化研究。 采用MMG分离式数学建模思想建立大型水面船四自由度运动数学模型,并分别对该模型中流体动力和力矩、螺旋桨推力和功率、汽轮机推力和功率、作用于舵上的流体动力和力矩、风浪流所产生的干扰力和力矩进行了分析,建模中充分考虑大型水面船的运动特点和风、浪、流的干扰特性。 根据航速和航向控制的基本原理设计PID控制器和模糊PID控制器,在单机单桨工作时,对船舶航速、航向进行控制,并对两种控制器的控制效果进行比较分析,可知模糊PID的控制效果更佳。在不同工作条件下,采用模糊PID控制器进行船舶航速控制和航向控制,保证船舶直线航行并快速达到目标航速。 阐述船机桨匹配和外罚函数法的基本原理,研究船舶(阻力)、汽轮机、螺旋桨特性,建立船舶、螺旋桨、汽轮机匹配的优化模型,采用外罚函数法对船机桨的匹配进行优化,仿真结果表明螺旋桨和主机的效率和有了明显提高,达到了预期目标。
【关键词】：船机桨匹配 航速控制 航向控制 优化 外罚函数法
【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】：2009
【分类号】：U664.33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 研究现状11-14
• 1.2.1 船机桨匹配研究现状11-12
• 1.2.2 优化设计方法——外罚函数法的发展现状12-13
• 1.2.3 航速控制和航向控制的发展状况13-14
• 1.3 论文的主要工作14-16
• 第2章 大型船舶四自由度运动数学模型16-34
• 2.1 引言16
• 2.2 MMG大型水面船运动数学模型16-18
• 2.2.1 坐标系16-17
• 2.2.2 操纵运动方程17-18
• 2.3 螺旋桨仿真数学模型18-20
• 2.4 汽轮机仿真数学模型20-24
• 2.4.1 船舶汽轮机动力装置的特点20-21
• 2.4.2 系统的数学模型21-24
• 2.5 舵仿真数学模型24-27
• 2.6 船舶运动的干扰力数学模型27-33
• 2.6.1 风的干扰力数学模型27-31
• 2.6.2 二阶波浪干扰力数学模型31-32
• 2.6.3 流的干扰力数学模型32-33
• 2.7 本章小结33-34
• 第3章 大型船舶航速及航向控制仿真34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 传统PID控制器34-36
• 3.3 模糊PID控制器36-37
• 3.4 航速和航向控制37-49
• 3.4.1 航速和航向控制方法研究37-38
• 3.4.2 航速和航向模糊控制规则38-42
• 3.4.3 传统PID与模糊PID控制效果比较42-43
• 3.4.4 不同工作条件下的航速及航向控制43-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第4章 船机桨工况匹配与优化51-74
• 4.1 引言51
• 4.2 船舶能量平衡分析51-54
• 4.3 船机桨匹配性能分析54-58
• 4.3.1 船舶航行状况分析55-56
• 4.3.2 船舶航行特性曲线分析56-58
• 4.4 优化算法的基本原理58-61
• 4.5 优化模型的建立及求解61-66
• 4.6 船机桨匹配66-73
• 4.7 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果80-81
• 致谢81

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张妤;船舶汽轮机智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 马永杰;船机桨匹配及数值仿真[D];华中科技大学;2011年

2 张钊;船舶运行状态检测与节能航速优化系统的研究与设计[D];武汉理工大学;2012年

3 王建政;船机桨匹配设计软件开发[D];哈尔滨工程大学;2012年

4 黄燕;水面船绕定点回转艏向和位置控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

5 郭婷婷;吊舱式电力推进控制系统的设计研究[D];江苏科技大学;2012年

6 刘玉博;船舶运动与主推进联合控制仿真系统的研究[D];大连海事大学;2013年

7 刘文朝;船用汽轮机虚拟现实仿真系统的研究[D];大连海事大学;2013年

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本文编号：310389