船舶运动控制平台及海浪响应模型的研究与实现

发布时间：2017-09-27 07:09

  本文关键词：船舶运动控制平台及海浪响应模型的研究与实现

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【摘要】：随着全球航运事业的蓬勃发展,关于船舶运动控制的研究也越来越得到重视。另外,由于海浪的干扰作用,各种摇荡运动随之产生,剧烈的摇荡运动会对船舶乃至船上的人员造成不可逆转的危害。因此,研究船舶对海浪的响应对提高航运事业的稳定性、保证通航的安全性以及设计船舶控制系统有着非常重要的理论意义和研究价值。本课题结合实验室环境,在船舶运动控制平台上开展船舶对海浪的响应研究。本课题首先完成了船舶运动控制平台硬件电路的设计及连接工作。在原有硬件设施的基础上设计了驱动及保护电路的印制电路板,方便对控制平台调试的同时使其控制性能得到优化。其次,为了更加深入的研究船舶对海浪的响应,本文先对产生干扰的海浪进行了充分的研究。根据随机海浪的统计特性建立长峰波随机海浪模型,并采用海浪谱反演的线性叠加法在MATLAB环境下对不同等级的海浪进行实时仿真。然后,采用谱分析法建立船舶对海浪的响应模型,并在MATLAB环境下对不同船速、不同遭遇角以及不同海况下响应进行仿真。最后,将船舶对海浪的响应模型应用到船舶运动控制平台。在VC++6.0环境下编写模型及模型控制程序,通过轨道层的运动轨迹模拟船舶对海浪的响应的运动状态。另外,设计了更为友好的可视化界面,方便开发者及用户更直观地了解及应用该平台。根据试验结果,本设计中的长峰波随机海浪模型以及船舶对海浪的响应模型均满足控制要求,在船舶运动控制平台上实现了船舶对海浪的响应。完成的船舶运动控制平台对于设计船舶运动控制系统及验证相关算法可以发挥极其重要的作用。
【关键词】：船舶运动控制平台 驱动及保护电路 长峰波随机海浪 海浪响应模型
【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】：U661.7;U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 课题主要研究内容及论文结构安排12-14
• 1.3.1 课题主要研究内容12-13
• 1.3.2 论文结构安排13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 第2章 船舶运动控制平台概述15-21
• 2.1 船舶运动控制平台组成15-16
• 2.2 船舶运动控制平台功能16
• 2.3 船舶运动控制平台结构简述16-20
• 2.3.1 控制系统16-17
• 2.3.2 驱动机构17-18
• 2.3.3 激光测距传感器18-19
• 2.3.4 保护电路19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 海浪模型的建立与仿真21-35
• 3.1 海浪的基本理论21-25
• 3.1.1 随机海浪理论21-22
• 3.1.2 海浪的谱密度表达式22-25
• 3.2 长峰波随机海浪模型25-26
• 3.3 长峰波随机海浪的仿真模拟26-34
• 3.3.1 仿真基础26-28
• 3.3.2 仿真步骤28-29
• 3.3.3 仿真过程29-34
• 3.3.4 仿真结果分析34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 船舶对海浪的响应模型的建立与仿真35-45
• 4.1 船舶对海浪的响应的运动状态分析35-36
• 4.2 船舶对海浪的响应模型36-40
• 4.2.1 谱分析法37-38
• 4.2.2 船舶对海浪的响应模型38-40
• 4.3 船舶对海浪的响应模型的实时仿真40-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 船舶运动控制平台的调试45-58
• 5.1 步进电机驱动脉冲函数的编写及调试45-49
• 5.1.1 定时方式的选择45-46
• 5.1.2 RTX开发环境的搭建与调试46-47
• 5.1.3 用RTX编写脉冲函数47-49
• 5.2 驱动及保护电路设计49-51
• 5.3 串口通信设计与调试51-53
• 5.3.1 串口通信方式的选择51-52
• 5.3.2 串口通信调试52-53
• 5.4 仿真轨道平台调试与验证53-54
• 5.5 船舶对海浪响应模型的平台验证54-57
• 5.5.1 软件设计54-56
• 5.5.2 平台验证结果56-57
• 5.6 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-63
• 附录 幅值响应算子表63-64
• 致谢64

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本文编号：928296