Fuzzy robust attitude controller design for hydrofoil catamaran

A robust attitude controller for hydrofoil catamaran throughout its operating envelope is proposed, based on Tagaki-Sugeno (T-S) fuzzy model. Firstly, T-S fuzzy model and robust attitude control strategy for hydrofoil catamaran is presented by use of linear matrix inequality (LMI) techniques. Secondly, a nonlinear mathematical model of hydrofoil catamaran is established, acting as the platform for further researches. The specialty in interpolation of T-S fuzzy model guarantees that feedback gain can be obtained smoothly, while boat's speed is shifting over the operating envelope. The external disturbances are also attenuated to achieve H ∞ control performance, meanwhile. Finally, based on such a boat, HC200B-A1, simulation researches demonstrate the design procedures and the effectiveness of fuzzy robust attitude controller.

高速复合水翼双体船的运动预报(英文)

基于2.5D理论,考虑粘性影响,预报了高速复合水翼双体船在规则波中的运动响应,并与试验结果进行了比较。在计算过程中,对复合水翼模型进行了简化,且计算了不同升力浮力比对运动的影响。结果反应出在计算高速双体船和水翼双体复合船型纵向运动性能时,水的粘性影响不可忽略,且计算表明计算值与试验值符合较好,文中提供的方法可提高这类高速水翼双体复合船型的运动预报精度。

高速轻型穿浪双体船纵向运动改善措施研究

针对在改善高速轻型穿浪双体船(WPC)迎浪中波长与船长接近时纵向运动幅度较大的缺点,采用了理论计算与模型试验相结合的方法,对250 t级穿浪双体船开展了水翼改善纵向运动的理论和试验研究,分析了水翼形式、尺度和安装位置等对纵向运动的影响规律。数值计算和试验结果的比较表明,计及水翼—船体水动力干扰影响的切片理论可满足WPC加水翼后波浪中纵向运动计算的需要,但在纵向运动响应峰值处数值计算结果偏高。模型试验表明,250 t级WPC加装水翼后,迎浪纵摇和垂荡有义幅值可减少20%～30%。

基于状态反馈H_∞算法的高速水翼双体船姿态控制

研究基于状态反馈H∞算法的高速水翼双体船在波浪中运动的姿态控制器的设计。首先对水翼双体船运动的非线性数学模型在平衡点线性化,建立水翼双体船的线性模型;然后应用状态反馈H∞算法设计水翼双体船的姿态控制器;最后利用Matlab的Simulnk工具箱,以高速水翼双体船HC200B A1为例进行仿真研究,结果表明该控制器设计能够有效地减少波浪引起的不利船体摇荡,使得船体在波浪中保持在预定的姿态。在同样参数条件下,对状态反馈H∞控制器与线性二次型调节器(LQR)设计的控制效果进行比较,显示前者的控制效果要优于后者。

双体水翼船模型试验研究

介绍了由作者设计的双体水翼船的船模试验研究情况。试验中，对船模的一些主要要素（如排水量、水翼面积、水翼位置、水翼展弦比和安装角等）进行了变化，得出了它们对船模总阻力影响的一些规律。

我国高性能船技术进展(英文)

数十年来,我国在高性能船研发与应用领域广泛深入地开展了大量、卓有成效的研究与开发工作,主要包括地效翼船、水翼船、小水线面双体船、穿浪双体船、水翼复合船、全垫升气垫船、侧壁式气垫船、高速多体船等等,文章对这方面的工作与技术进展情况进行了概要论述。然而,受到这一技术领域的广泛性以及篇幅的限制,文中侧重于我国在高性能船方面取得的主要技术成果的回顾与主要产品的简要介绍,而对其中大量的具体技术细节不能一一提及,更无法详细展开进行深入论述。

基于水翼船纵向姿态估计的自适应观测器设计

针对水翼双体船在随机波浪作用下的不确定性、非线性和随机性,设计了一种不确定随机非线性系统自适应观测器来对水翼船的纵向姿态进行估计。首先建立水翼双体船在波浪中运动模型,然后在此基础上设计自适应观测器,最后,针对不同典型海况、航速、浪向进行仿真实验研究,结果表明:设计的水翼双体船自适应非线性观测器对于水翼双体船的纵向姿态估计是稳定可行并且有效的,能解决水动力系数的不确定性。

近水面水翼影响的船舶兴波时域计算研究

近水面水翼的兴波由升力线的自由面兴波来表达,船体的兴波考虑升力线兴波的干扰影响,三维时域格林函数法用于船体的兴波分析计算。以Wigley船型为数值计算例,考虑近水面水翼的影响,分别对单体船和双体船进行了船舶兴波计算研究,提供了兴波波形和兴波阻力的计算结果。以系列60船型为数值计算例,把计算的结果与发表的有关结果进行对比,具有较好的吻合。本文还对船舶自由表面兴波波形进行了时域数值仿真。

自控水翼阻流助升超高速双体船设计研究

论文以一艘新型30m级自控水翼阻流助升超高速双体船的设计为实例,集中讨论其技术特点以及对该船型所进行实船设计的情况.通过对一些主要型船参数进行的综合比较,显示出该船型优越的水动力性能.该船型可广泛应用于沿海海域.

水翼双体船升沉/纵摇鲁棒控制与视景仿真研究

针对高航速下水翼双体船升沉、纵摇运动问题,提出水翼上附加可控式襟翼结构,建立了水翼双体船运动控制系统数学模型,采用鲁棒H_2/H_∞控制的方法来控制前后襟翼角转动,使其提供相应的扶正力和力矩,减小船体升沉、纵摇运动;同时结合MultiGen Creator、Vega和VC++6.0软件开发平台,设计实现了水翼双体船升沉/纵摇运动控制视景仿真系统,给出了在VC++中构建的运动控制数学模型算法模块,以及串口通信技术来实现实时的物理通信。仿真结果表明,所提控制方法可有效减小水翼双体船的升沉、纵摇运动,提高了水翼双体船的适航性,同时搭建的视景仿真系统更形象直观地展现了运动控制过程,具有交互性高、实时性好的优点。

水翼双体船纵向姿态鲁棒估计的仿真实验研究

针对水翼双体船纵向运动的非线性,提出了一种基于 T-S 模糊模型的鲁棒滤波器,对水翼双体船的纵向运动姿态进行估计。建立水翼双体船运动模型的 T-S 模糊模型,将鲁棒滤波与 T-S 模糊模型相结合,建立基于 T-S 模糊模型的鲁棒滤波器,结合线性矩阵不等式求解增益矩阵,对水翼双体船的纵向姿态进行估计,并运用Matlab进行仿真。仿真结果表明,该方法是有效可行的。

基于CFD的36英尺水翼双体船阻力与运动预报

近年来,兼具双体船和水翼船优点的水翼双体船迅速发展。本文通过对一艘36英尺的水翼双体船的实船试验和CFD仿真,得出最佳的双体船水翼配置形式。本文的CFD仿真主要针对迎波状态下阻力和运动,通过STAR-CCM+进行仿真,结果显示:在相同航速下,相比没有安装水翼的双体船,安装了水翼的总阻力减小量高达26%;同时,在相同的海况下,安装水翼可以将航速提高7 kn,速度提高了21%。同时也得到了最佳的水翼配置:艉部攻角-0.2°、艏部攻角1°,在该配置下最大航速40 kn时的最低总阻力为628 kN。仿真计算结果与实船试验非常接近,表明本文所提的水翼双体船阻力和运动预报计算方法是合理可行的。

基于STAR-CCM+的水动力翼对双体船阻力影响研究

为了研究水动力翼对双体船的阻力影响,首先进行了基于STAR-CCM+的双体船数值仿真,得到合理的仿真结果后再进行设计航速不同水翼攻角和不同水翼位置的数值仿真,根据数值仿真结果设计双体船模型实验,结果表明:采用STAR-CCM+进行双体船阻力仿真具有较高精度,在双体船尾部安装水翼有一定减阻效果,最大减阻率达到2.141%.

T型水翼结构及轻量化设计

为了满足港口环境监测、海洋资源调查的要求,设计研发了一款装配T型水翼的电动双体水翼船,同时为了优化翼形和结构,对水翼进行了形状优化和轻量化设计。首先,将Fluent软件计算得到的水动力载荷施加到T型水翼表面,结合ANSYS Workbench软件提出了形状-拓扑的分级优化方法,通过形状优化确定了T型水翼的展弦比、尖削比和攻角等关键参数。其次,对初始结构进行有限元分析后发现其符合设计要求,并有很大优化空间,进而通过拓扑优化,确定了水翼立柱采用薄蒙皮和柱状翼梁结合的结构,水平主翼采用薄蒙皮、“双工”字型翼梁和多翼肋结合的结构。最后,优化后的T型水翼结构符合设计要求,质量减少了34%。

水翼增升双体船阻力预报方法研究

本文介绍了作者在对水翼增升双体船的系列船模试验研究的基础上 ,对水翼和船体的阻力与升力进行了计算与分析 ,并由此引入了对这种全新船型的阻力计算与预报方法。该方法可以扩展应用至具有相似双体船型参数和不同水翼参数的水翼双体船的阻力预报。

一种穿浪双体船纵向运动姿态控制方案设计

本文根据穿浪双体船在波浪中高速航行时纵摇和升沉运动剧烈这一问题,提出了在穿浪双体船的每个单体艏部加装水翼系统,水翼上附加可控式襟尾翼;在每个单体的艉部加装可控式压浪板的方案来改善穿浪双体船的纵向运动姿态稳定性。首先基于穿浪双体船的航行特点,给出了水翼和压浪板的电伺服系统总体结构方案。然后,考虑水翼和压浪板系统间负荷的分配方案,给出了水翼和压浪板系统几何特性确定方法。在此基础上,分析了水翼和压浪板在不同几何特性下的水动力性能,寻求一种适合穿浪双体船的水翼翼型和压浪板安装高度的最佳方案。本文所提方案对其它高性能船舶或舰艇也有一定的参考价值。

水翼对高速双体船纵向减摇性能影响研究

基于水翼在高速双体船上的广泛应用,运用Fluent软件,通过在水翼的攻角、尺寸、安装方式方面进行选型设计,研究水翼与高速双体船之间的相互影响,并且基于静特征数的附体减摇能力分析方法,研究静水中水翼对高速双体船的纵向减摇性能。计算分析结果表明,水翼对高速双体船的纵向运动能起到一定的辅助作用,可以减缓船体的纵摇与升沉。

高速水翼双体船波浪中运动建模与仿真

为了开发高速船航海模拟器的需要,对高速水翼双体船垂荡和纵摇运动的数学模型进行研究.该数学模型反映了波浪对高速水翼双体船运动的影响.为验证建模的正确性,并使该模型应用于模拟器,以一艘水翼双体船HC200B-A1为例,利用Matlab的Simulink工具箱,在6组实验波浪参数的条件下,进行了在迎浪海况下垂荡和纵摇的仿真研究.仿真结果与船模水池试验数据对比表明,笔者提出的高速水翼双体船在波浪中运动的数学模型是令人满意和可靠的.

静水中高速水翼双体船运动建模和仿真

从高速水翼双体船受力分析的角度 ,提出了其静水中垂荡和纵摇运动的数学模型 ,其中对水翼所产生的升力进行了较为详尽的分析 .为了验证该数学模型 ,针对一水翼双体船HC2 0 0B ,利用Matlab的Simulink工具箱进行了仿真研究 ,得到了在各航行速度时的船体上浮量和纵倾角 ,并与实船实验数据进行对比 。