减摇鳍在智能船舶的应用

基于某在建智能科研船舶,小型智能船舶的智能船体、智能能效监测功能的要求,配备了减摇鳍装置。详细剖析减摇鳍作用原理、减摇鳍装置的组成结构、各结构的功能作用以及对减摇鳍装置的定位及安装要求。为配置减摇鳍装置的船舶提供了理论设计依据及安装应用指导。从而更好的实现船舶的安全稳性,满足智能船舶在风浪中的航速和能效要求,节约燃料的同时也能确保船舶设备的使用寿命。

基于DS证据理论的极地邮轮减摇鳍选型评价

极地邮轮工作环境特殊,减摇鳍装置的选型需考虑抗低温、抗恶劣海况等在内的诸多因素,单凭主观判断很难选出最优的减摇鳍装置。为解决该问题,提出基于层次分析法(AHP)-熵权法(EWM)、三角模糊理论以及Dempster-Shafer(DS)证据融合的综合评价方法。首先构建环境适应性、装置性能等4个一级指标以及13个二级指标的选型评价指标模型,采用组合赋权法计算定性、定量指标权重;其次构建识别框架及模糊评语集,并邀请专家组对指标做出模糊评价,利用证据距离对DS证据合成策略做出改进,将修正后证据进行两两合成从而得到各方案二级指标mass函数。最后对选型方案进行综合评价,选出符合实际需求的最优减摇鳍装置。结果表明,该方法能充分考虑决策过程的不确定性,对极地邮轮减摇鳍装置选型起到科学决策的作用。

减摇鳍鳍型优化设计研究

采用基于人工鱼的改进粒子群优化算法,在粒子群算法中加入了类似人工鱼的聚群行为项,加快了收敛速度,降低了陷入局部最优的风险,将其应用于减摇鳍鳍型优化设计中,取得了良好的优化结果。

客滚船减摇鳍设计安装工艺探析

本文对客滚船减摇鳍的设计安装工艺要点进行分析,引入模块化制造理念,尝试应用模块化建造方法,将客滚船船体部分结构与减摇鳍结构进行一体化设计,并结合工程实例探讨了客滚船减摇鳍设计安装的工艺实施要点,对简化施工工艺和改善施工环境具有重要意义。

零航速减摇鳍升力模型研究

为了解决船舶在零航速下减摇的问题,采用一种新的运动控制方法,使减摇鳍的工作不再受航速的限制。根据零航速条件下的特殊运动方式,对减摇鳍在非定常流中的受力情况进行分析,详细讨论了各种流体作用力的产生机理,并给出定量计算公式。结果表明,零航速减摇鳍的升力与它的几何尺寸、旋转角速度和角加速度有关。在此基础上建立了零航速减摇鳍的升力模型,通过仿真结果与实验数据的对比,验证了该模型的正确性。

舵鳍联合非线性数学模型的建立及仿真

针对船舶运动的非线性本质,为舵鳍联合系统建立了具有通用性的非线性数学模型。首先基于MMG(Ship Manoeuvring Mathematical Model Group)的建模思想,建立一个包含风、浪、流干扰的4自由度舵鳍联合非线性数学模型,并详细给出了模型涉及的参数及流体动力导数的计算公式。然后利用该模型对"Hual Trooper"号汽车运输船及"Belnor"号散货运输船进行回转试验及Z形试验的仿真,得到了一系列与实船试验曲线接近的仿真曲线。仿真结果说明了该模型的正确性和工程可行性。

减摇鳍模糊参数自整定PID控制器设计及仿真研究

以船舶减摇鳍控制系统作为对象 ,应用模糊控制理论 ,提出一种基于Fuzzy推理的PID参数自整定控制器 ,完成在线PID控制器参数模糊自整定的理论实现。并且在考虑船舶模型的非线性和不同浪向下 ,对系统进行了仿真。仿真结果表明 ,与常规PID控制相比 ,基于Fuzzy推理的PID参数自整定控制器 ,具有更好的控制效果和更强的鲁棒性。

小攻角下驼背鲸减摇鳍的理论计算

通过应用仿驼背鲸前缘突起来提高船用翼的水动力特性已是目前非常热门的话题,为验证前缘突起的高度和突起个数与升力的关系,选用哈尔滨工程大学船舶控制工程教育部工程研究中心在船模水池实验室所做的减摇鳍动态水动力性能实验用的标准NACA0015 4号矩形鳍为研究对象,对其前缘进行正弦波变形,建立数学模型,并应用普朗特升力线性理论和切比雪夫数值逼近法,得出了前缘突起个数对升力的影响不大而突起幅值对升力有显著的决定性作用的结论。

零航速减摇鳍自适应主从控制器设计

零航速下鳍上的水动力与鳍角,角速度和角加速度存在记忆非线性关系,同时船舶横摇模型本身亦具有非线性和不确定性.导致常规控制方式无法直接求取控制量,且不能适应变化的模型和海况.本文通过主从控制器来分离减摇鳍系统的输出和输入非线性,对分离后的系统,采用基于径向基网络的逆控制构成主控制器来求取中间控制量,并自适应横摇模型和海况的变化.采用广义回归神经网络来逼近中间控制量到鳍角的映射作为从控制器.仿真结果表明该方法对横摇模型的不确定性具有自适应性,并可提高在变海况和高海况下的减摇效果.

船舶舵鳍联合控制的综述

船舶舵鳍联合控制是在鳍减摇和舵减摇基础上发展起来的一种减摇方式,也是船舶减摇控制领域的一个重要研究课题,它能在克服鳍减摇和舵减摇缺点的同时提高减摇效果,通过对舵鳍联合控制的研究情况的综述和总结,概述了舵鳍联合控制的优点及发展过程,并根据国内外现有的研究情况,分析和讨论了舵鳍联合控制的发展趋势。

欠驱动AUV三维直线路径跟踪控制

为实现欠驱动自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的三维直线路径跟踪控制设计滑模控制器(Sliding Mode Controller,SMC)。首先,基于运动学和动力学方程将路径跟踪控制问题转化为一个非线性系统的镇定问题;然后,应用李雅普诺夫(Lyapunov)理论和反步法(Backstepping)设计SMC,保证系统的稳定性和鲁棒性。为削弱抖振,应用Sigmoid函数设计了滑模项。根据路径切换的回转角利用插值的方法调整回转半径,改善了跟踪效果。仿真结果表明该控制器能够实现对三维直线路径的精确跟踪。

基于滑模控制的AUV运动仿真系统

对Autonomous Underwater Vehicle(AUV)进行控制器设计和调试,作为试验平台的仿真系统是必不可少的。以某AUV为对象,以六自由度运动方程为基础对其进行了受力分析,为了提高对海洋环境和执行机构的仿真效果考虑了海浪、海流的影响及舵的动力学特性。建立了AUV运动仿真系统并设计了水平面和垂直面的滑模控制器,并对AUV的航速控制、水平面回转、垂直面下潜、水平面路径跟踪、垂直面路径跟踪进行了仿真。仿真结果表明,该控制器具有较好的控制效果,对海浪、海流的处理方法满足仿真速度及精度的要求,该仿真系统与AUV的实际运动规律基本相符,可以作为AUV控制器设计与调试的仿真试验平台。

舵减横摇技术研究

本文介绍舵减横摇的基本原理，控制器的设计方法以及船模和实船的舵减横摇试验结果。试验结果表明：在舵机速度为10°／s左右情况下，舵减横摇的减摇效率可达50％以上。

欠驱动AUV三维路径跟踪滑模控制

针对欠驱动自主水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题。基于(Serret-Frenet,S-F)坐标系引入了虚拟向导,并在考虑攻角和漂角的基础上建立了三维路径跟踪运动学误差模型。首先通过引入两个趋近角并根据李雅普诺夫(Lyapunov)理论设计运动学控制器,然后基于滑模控制(SMC)理论设计动力学控制器,从而保证了控制系统的渐近稳定性和鲁棒性。为了降低抖振应用干扰观测器对模型的不确定性进了估计。仿真结果表明该控制器对模型参数的不确定性具有较好的鲁棒性,能够实现对三维路径的精确跟踪。

具有航向保持非线性的舵鳍非线性鲁棒控制

针对给定的线性舵鳍联合系统,考虑船舶航向保持的非线性,建立了一个舵鳍联合系统的非线性数学模型,然后采用精确反馈线性化对该非线性模型进行线性化,最后基于闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器。通过Matlab的Simulink工具箱分别对6级风浪和8级风浪作用下考虑舵机、鳍机特性的非线性舵鳍联合控制系统进行仿真,仿真结果表明所设计的控制器在保持航向控制的同时,能达到较好的减摇效果,并且该控制器具有较强的鲁棒性。本研究具有设计简单、物理意义明显的优点。

基于改进遗传算法的零航速减摇鳍自适应控制系统设计

为了提高零航速减摇鳍在不同风浪强度下驱动能量的利用效率,对随机海浪的频谱特性进行了分析,在此基础上对系统状态方程进行扩展,设计了基于二次型指标的随机最优控制器.为实现能量消耗与减摇效果之间的最佳匹配,采用遗传算法对二次型指标的加权矩阵进行优化,优化过程中根据系统的特点对基本遗传算法进行了改进.为了在不同海况下实现随机最优控制,提出了加权矩阵的自适应准则.仿真结果表明,只要根据外部环境正确选择加权矩阵参数,就可以用尽可能少的能量达到预定减摇效果.

货滚船减摇鳍舱结构设计与安装工艺优化

基于3000米车线多用途货滚船减摇鳍设备的订货状态、安装阶段等方面进行研究,阐述在降本增效的前提下,对减摇鳍舱结构进行结构设计和安装工艺优化,为后续船提供有效经验。

船舶力控减摇鳍系统建模与仿真

针对海浪的随机干扰、船舶模型的不确定性和控制器输出约束 ,采用升力反馈控制的全新方法 ,建立系统数学模型 ,运用 H∞ 控制理论考虑混合灵敏度 S/KS问题设计了控制器 ,对混合灵敏度 S/KS问题模型、权函数的选择等问题进行了研究 ,同时结合具有实船 ,利用 MFC和 Open GL三维图形库 ,建立了在微机上实现交互式实时控制、同时显示直观的实时多媒体动画的力控减摇鳍仿真系统 ,给出了仿真结果 。

减摇鳍PID控制器参数的修正

为了克服现有减摇鳍系统PID控制器参数选择难的问题,提出了用实际海试结果修正减摇鳍系统PID控制器参数的方法;通过对某船实际海试结果的分析和仿真,修正了设计阶段得到的PID控制器参数,从而极大地改善了系统的减摇效果;在减摇鳍PID控制器设计中,船舶固有横摇周期T对参数选定影响大,而无因次横摇阻尼ξ的影响较小,因此控制器参数调节应以船舶固有横摇周期的变化为主。

零航速减摇鳍升力特性分析

采用解析的方法对减摇鳍在非定常流中的受力情况进行分析,得到了鳍上各种流体作用力的表达式。利用该升力模型对零航速减摇鳍角速度与升力的相位关系进行定量分析,提出了对二者相位差进行补偿的方法。为了解决浪级较大时无法进行相位补偿的问题,设计了根据起动和制动阶段的不同要求实时改变最大允许角速度的升力限位环节。仿真结果表明,加入升力限位环节可以有效抑制制动阶段反向升力对系统产生的不利影响。