船舶减摇鳍/水舱联合减摇系统控制研究

发布时间：2021-10-13 02:47

　　剧烈横摇对船舶的适航性及安全性产生严重影响。船舶减摇鳍/水舱联合减摇系统是结合减摇鳍和可控被动式减摇水舱的综合减摇装置,这种减摇方式通过合理分配两种减摇装置的工作份额,使船舶减少能量损耗的同时完成全航速下良好的减摇效果。本文重点研究搭建鳍舱联合减摇系统的非线性数学模型,以及低航速时可控被动式水舱气阀控制器设计和中高航速时鳍舱联合减摇系统的终端滑模控制器设计。论文的主要研究内容有以下几点:（1）基于船舶运动的静力学与动力学理论,考虑在高海情下船舶横摇运动的非线性特点,在船舶减摇鳍非线性数学模型和船舶可控被动式减摇水舱非线性数学模型的基础上搭建了鳍舱联合减摇系统非线性数学模型。参考某滚装船参数,对不同海况下的船舶鳍舱联合减摇系统模型进行仿真研究,验证所建立的船舶模型的正确性。（2）在减摇鳍控制系统和船舶可控被动式减摇水舱控制系统基础上,设计出船舶鳍舱联合减摇控制系统。在低航速时,针对传统控制方式所存在的舱内水运动的相位滞后问题,根据船舶横摇角加速度可对横摇角速度的变化进行预报的特性,提出最佳相位PD控制方法控制水舱气阀开闭,使水舱内水的振荡运动刚好滞后横摇运动90°相位角,最大程度地发挥水... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１减摇鳍作用时的力矩原理图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｍｏｍｅｎｔ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｉｎ?ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ??

５、ＳＰ?Ｃ满足下式：??＿ｉ＿＝Ａ＾Ａ＝＿Ｌ＝Ａ＝￡＝＾?（２．１６）??ＤＨ?Ｄ｝?Ｄｓ?２ＮＶ?Ｃ２?／，??其中，ｋ为常数，则式（２．１６）代入式（２．１５）后得：??Ｉｘｉｐ?＋?２Ｎｖｇ＞?＋?Ｃ２＜ｐ３?＋?ＤＨ（ｐ?＋?Ｄ，＜ｐ｝?＋?Ｄｓ（ｐ５?＝?ＤＨａｘ?ｌ｛＼?＋?Ｋ）?（２．１７）??通过“力矩控制”时，减摇鳍的作用可等价为将海浪的干扰力矩／）／／？，缩小为原来的??１／Ｒ?＋?１）倍，因此，船舶在不同的海浪遭频率＆下横摇响应都减小了?（尺＋?１）倍，如图２．２??所示。且船舶横摇固有频率和横摇阻尼系数没有变化，与是否装备减摇鳍没有关系。??ＢＰ??：Ｌ?．??＿?／?＼￣无减摇鳍??／?＼??ｏ＇?Ｊ?＊?１?１?１?１?＊?＿＿?■１??０?０．２?０．４?０Ａ?ＯＪＳ?１?１２?１４?１．？?１．８?２??ａ?（ｒａｄ＇ｓ）??图２．２减摇鳍的横摇响应曲线??Ｆｉｇ．?２．２?Ｒｏｌｌ?ｒｅｓｐｏｎｓｅ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｆｉｎ?ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ??－９－??

．?？?．?：???大连海事大学硕士学位论文?‘?＾???运动，忽略水舱横荡运动及扰动力矩流体动力部分的影响。取横摇角Ｐ、水舱内水位相??对位移Ｚ作为系统的广义坐标，Ｐ值取向右侧横摇为正，Ｚ值取右侧边舱中水向上移动??为正，如图２．３、２．４所示。??图２．３?Ｕ型水舱内水运动示意图?图２．４?７乂舱内微体积分割示意图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｕ?ｔａｎｋ?Ｆｉｇ．?２．４?Ｄｉｖｉｓｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃａｌｃｕｌｕｓ?ｉｎ?Ｕ?ｔａｎｋ??根据拉格朗日方程可知，搭建船舶可控式水舱模型之前，需确定船舶水舱系统的动??能和广义力。??（１）系统动能??①船舶动能为：??（２．２１）??式中，／，—表示在忽略舱内水作用时，船舶的质量和附连质量对．ｒ轴的惯性力矩（ｋｇ．ｍ２）。??②Ｕ型水舱内液体动能为：??ｒ２＝ｌｊｖＶ／ｎ?（２．２２）??２?ｍ??式中，Ｖ为舱内水的微质量的绝对速度。??根据图２．３和图２．４，可得绝对速度Ｖ的平方为：??Ｖ２?＝?Ｕ２?＋?ｗ２?＋?２ｍｗｃｏｓ（ｍ，?ｗ）?（２．２３?）??式中，《?为舱内水的运动引发的线速度（ｍ／ｓ）；?ｗ?＝?为船舶运动引发的线速??度（ｍ／ｓ）；?５；为一侧边舱的自由液面面积（ｍ〇；?Ｓ为沿水舱轴线的法线方向的截面积??（ｍ２）；?ｒ为横摇轴与微质量ｄｍ的质心之间的距离（ｍ）。且有：??ｃｏｓ（Ｓ，?ｗ）?＝?－?ｓｉｎ（ｒ，?ｄｌ）?＝?－?ｃｏｓ?ｙ?（２．２４）??式中，ｄ为水舱中心线上的点与自横摇中心Ｃ７？之间的距离（ｍ）；?ｙ为ｒ与之间的夹角??－１１?


本文编号：3433806