当前位置:主页 > 科技论文 > 软件论文 >

高速三体船运动仿真与姿态控制研究

发布时间:2018-08-12 15:46
【摘要】:高速三体船作为高性能船舶的代表,由于优异的性能成为研究的热点。高速三体船的主体和侧体均为细长体结构,具有优异的快速性和稳定性。然而高速航行下的三体船剧烈的纵向运动成为制约三体船得到广泛应用的问题。因此,研究高速三体船的减纵摇具有重要意义。本文采用T型翼作为机械减摇装置,采用合理的控制方法设计了控制器对多种工况下T型翼对三体船的减摇效果进行了仿真分析。本文首先利用ANSYS AQWA对三体船进行水动力特性分析,得到三体船的各项水动力系数;根据随机海浪理论建立了引起三体船纵向运动的随机海浪数学模型;考虑实船和船模的尺度效应,利用FLUENT软件对T型翼进行了流体力学分析得到T型翼的升力模型,进而建立带T型翼的高速三体船的纵向运动数学模型。由于要研究T型翼在不同攻角时能够提供的升力大小,本文采用参数化管理的方法,只需要在FLUENT中进行一次网格划分和相关求解参数设定就可以得到各攻角下的升力和升力系数,极大提高了仿真效率。然后,对三体船进行开环运动分析,研究了影响三体船纵向运动的因素。通过在规则波下分析不同遭遇频率和不同航速下三体船的纵向运动响应,得出遭遇频率和航速是影响三体船纵向运动的重要因素。通过分析不规则波下带T型翼的三体船的纵向运动响应,更真实的展现了 T型翼对三体船的减摇效果。最后,设计了三体船的姿态控制器,对T型翼的减纵摇进行了仿真。为了更好的实现减摇,采用了最优二次型控制和滑模变结构控制两种方法设计了 T型翼的姿态控制器。LQR控制考虑了三体船纵摇和垂荡耦合关系,且采用LQR控制方法设计的控制系统易于实现状态反馈。滑模变结构控制则适合于解决不确定非线性系统,且具有很强的鲁棒性。利用MATLAB/SIMULINK建立了带T型翼的三体船的纵向运动控制仿真模型,并进行了仿真。仿真结果证明在两种姿态控制器的作用下,T型翼能够有效的减小三体船的纵向运动。
[Abstract]:As a representative of high-performance ship, high-speed trimaran has become a hot research area because of its excellent performance. The main body and side body of high speed trimaran are slender body structure with excellent rapidity and stability. However, the severe longitudinal movement of trimaran at high speed becomes a problem that restricts the wide application of trimaran. Therefore, it is of great significance to study the anti-pitching of high-speed trimaran. In this paper, the T-shaped wing is used as the mechanical anti-rolling device, and the controller is designed to simulate and analyze the anti-rolling effect of the T-wing to trimaran under various working conditions using a reasonable control method. In this paper, the hydrodynamic characteristics of the trimaran ship are analyzed by ANSYS AQWA, and the hydrodynamic coefficients of the trimaran ship are obtained, and the mathematical model of the longitudinal motion of the trimaran ship is established according to the stochastic wave theory. Considering the scale effect of solid ship and ship model, the lifting force model of T wing is obtained by using FLUENT software, and the longitudinal motion mathematical model of high speed trimaran with T wing is established. In order to study the lift of T wing at different angles of attack, the parameterized management method is used in this paper. The lift and lift coefficients at each angle of attack can be obtained by only one mesh generation and parameter setting in FLUENT, and the efficiency of simulation is greatly improved. Then, the open loop motion of trimaran is analyzed, and the factors influencing the longitudinal motion of trimaran are studied. By analyzing the longitudinal motion response of trimaran with different encounter frequency and different speed under regular wave, it is concluded that the encounter frequency and speed are important factors affecting the longitudinal motion of trimaran. By analyzing the longitudinal motion response of trimaran with T-shaped wing under irregular wave, the anti-rolling effect of T-wing to trimaran is shown more truly. Finally, the attitude controller of the trimaran is designed, and the pitch reduction of the T-wing is simulated. In order to reduce rolling better, two methods, optimal quadratic control and sliding mode variable structure control, are used to design the attitude controller. LQR control of T-shaped wing takes into account the coupling relationship between pitching and swaying of a trimaran ship. The control system designed by LQR control method is easy to realize state feedback. Sliding mode variable structure control is suitable for solving uncertain nonlinear systems and has strong robustness. The longitudinal motion control simulation model of a trimaran with T wing is established by using MATLAB/SIMULINK, and the simulation is carried out. The simulation results show that the T-shaped wing can effectively reduce the longitudinal motion of the trimaran under the action of two attitude controllers.
【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】:2016
【分类号】:U664.82;TP391.9

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 宋立忠;阮苗锋;;穿浪双体船纵向运动模糊PID控制[J];海军工程大学学报;2015年01期

2 周广利;艾子涛;黄德波;刘桂杰;郑小龙;;适装T型翼的三体船阻力性能研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2014年06期

3 关劲;宋超;张松涛;;基于LQG的穿浪双体船垂向运动控制系统设计[J];舰船科学技术;2014年08期

4 宋立忠;阮苗锋;巩舒超;;穿浪双体船纵向运动滑模控制[J];计算技术与自动化;2014年02期

5 杨强;林壮;郭志群;;三体船适配T型翼减摇效果理论分析及仿真[J];中南大学学报(自然科学版);2013年S2期

6 梁利华;王保华;刘绪化;;SWATH船纵向运动模糊自适应控制[J];自动化与仪器仪表;2012年03期

7 郭惜久;程翔;;随机海浪模型仿真[J];四川兵工学报;2010年08期

8 林政;毛筱菲;;小水线面双体船的纵向运动稳定性研究[J];船海工程;2010年02期

9 王中;卢晓平;付攀;;侧体位置对三体船阻力影响研究[J];中国造船;2009年02期

10 朱洪华;蔡建立;;不规则海浪的仿真[J];电脑知识与技术(学术交流);2007年13期

相关博士学位论文 前2条

1 倪崇本;基于CFD的船舶阻力性能综合研究[D];上海交通大学;2011年

2 张克勤;滑模变结构控制理论及其在倒立摆系统中的应用研究[D];浙江大学;2003年

相关硕士学位论文 前10条

1 李长东;深水半潜式钻井平台水动力性能分析及响应控制[D];中国海洋大学;2014年

2 刘英和;T型翼和尾压浪板对WPC耐波性影响研究[D];中国舰船研究院;2014年

3 董哲;复合型小水线面三体船阻力及纵向运动预报[D];哈尔滨工程大学;2013年

4 刘金玲;穿浪双体船运动仿真与姿态控制研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

5 谢勇;基于CFD的大空间建筑自然通风优化设计[D];华南理工大学;2012年

6 王健;基于FLUENT的CFD方法在船海工程中的实用性研究[D];大连理工大学;2012年

7 常进;带T型翼的穿浪船运动姿态控制系统(RCS)研究[D];武汉理工大学;2012年

8 邢磊;三体船水动力导数及操纵性能预报研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

9 杨强;三体船适配T型水翼设计研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

10 刘冰;高速双体船纵向运动及其控制研究[D];哈尔滨工程大学;2012年



本文编号:2179521

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/ruanjiangongchenglunwen/2179521.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户5ab91***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com