船舶横摇运动仿真与减摇鳍控制系统的研究

发布时间：2017-09-11 20:09

  本文关键词：船舶横摇运动仿真与减摇鳍控制系统的研究

  更多相关文章： 横摇运动 减摇鳍 C8051F040 控制器

【摘要】：船舶在航行过程中由于受到海浪的干扰,会产生六个自由度运动,其中以横摇运动最为剧烈。船舶的横摇运动不仅会影响船舶的适航性以及船员的舒适性,严重时还会造成船舶倾覆等灾难性的后果。如何有效减小船舶横摇运动是船舶运动控制领域的热门课题。本文采用减摇鳍作为研究对象,通过仿真数据分析验证了减摇鳍的减摇性能,并且设计了基于C8051F040的减摇鳍控制器,实现减摇鳍控制系统的部分功能。在船舶横摇运动建模过程中首先建立海洋环境,以海浪波倾角仿真数据为输入,船舶横摇运动数学模型为载体,得到船舶横摇角的仿真输出。然后建立减摇鳍系统的数学模型,在Simulink中搭建模型框图,得到有减摇鳍船舶和无减摇装置船舶在同一海况下的横摇角仿真曲线,从而验证减摇鳍的减摇性能。减摇鳍控制系统的作用是通过采集船舶横摇角度输出对应的鳍角指令,该指令进入随动系统驱动鳍叶转动,从而达到减摇目的。本文设计了基于C8051F040的减摇鳍控制器,另外通过MPU6050陀螺仪传感器采集横摇角度,陀螺仪与主控芯片通过串行通道通信,由于实验环境有限,无法实现实船减摇鳍的电液随动系统,因此采用SG90servo电机来代替减摇鳍的驱动机构。最终实现了减摇鳍控制系统的基本功能,并设计了基于LabVEW的横摇状态显示界面。
【关键词】：横摇运动 减摇鳍 C8051F040 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】：2015
【分类号】：U664.72;U661.321
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题的研究背景及意义9
• 1.2 减摇鳍技术国内外发展现状9-11
• 1.3 嵌入式微控制器发展概况11-12
• 1.4 本论文研究内容12-14
• 第2章 不规则海浪仿真及船舶横摇运动数学建模14-27
• 2.1 随机海浪的建模与仿真14-18
• 2.1.1 长峰波海浪波能谱14-16
• 2.1.2 长峰波波倾角仿真16-18
• 2.2 船舶横摇运动数学建模与仿真18-25
• 2.2.1 船舶横摇的受力分析18-21
• 2.2.2 船舶横摇运动数学建模21-24
• 2.2.3 船舶横摇运动仿真24-25
• 2.3 本章小结25-27
• 第3章 船舶减摇鳍控制系统原理及仿真27-45
• 3.1 减摇鳍工作原理27-30
• 3.2 减摇鳍控制系统的组成30
• 3.3 减摇鳍系统各部分传递函数30-37
• 3.4 减摇鳍PID控制算法37-41
• 3.5 减摇鳍控制系统仿真41-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 基于C8051的减摇鳍控制器硬件设计45-61
• 4.1 C8051F单片机介绍45-50
• 4.1.1 C8051F040内核46-47
• 4.1.2 存储器47-48
• 4.1.3 数字外设48-50
• 4.1.4 时钟源50
• 4.1.5 片内JTAG调试和边界扫描50
• 4.2 减摇鳍控制系统设计思想50-52
• 4.3 减摇鳍控制系统电路设计52-56
• 4.3.1 船舶横摇角采集单元设计52-54
• 4.3.2 船舶航速采集单元设计54-55
• 4.3.3 时钟和复位电路设计55-56
• 4.4 执行机构设计56-58
• 4.5 减摇鳍控制系统硬件综合设计58-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第5章 减摇鳍控制器软件设计61-72
• 5.1 减摇鳍控制器软件设计思想61-63
• 5.2 C8051F040初始化63-64
• 5.3 横摇角度计算64-65
• 5.4 航速灵敏度调节软件设计65-66
• 5.5 浪级灵敏度调节软件设计66-68
• 5.6 生摇控制模块以及手动控制模块软件设计68-70
• 5.7 减摇鳍控制器显示功能设计70
• 5.7.1 航速显示70
• 5.7.2 基于LabVIEW的横摇状态显示70
• 5.8 本章小结70-72
• 结论72-73
• 参考文献73-76
• 附录A 减摇鳍控制器部分功能实现代码76-80
• 附录B 显示横摇状态的LabVIEW程序框图80-81
• 致谢81-82
• 研究生履历82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 叶丽娜;C8051F与80C51系列单片机的不同初始化[J];国外电子元器件;2004年03期

2 艾瑞财;C8051F020单片机应用于船用减摇鳍控制系统的SFR初始化[J];应用科技;2003年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 苏作靖;“育鲲”轮参数横摇的数值模拟及分析[D];大连海事大学;2011年

，

本文编号：832807