基于H^∞设计法的非线性舵鳍联合控制系统仿真研究

建立了首摇、横荡、横摇三个自由度的船舶运动方程。给出了随机海浪波高、横荡力、横摇力矩、艏摇力矩的仿真算法。介绍了干扰抑制的H∞线性系统设计方法。把非线性船舶舵鳍联合控制系统设计问题化为以二次型性能指标为目标函数的干扰抑制的H∞线性系统设计问题;基于H∞系统设计方法,进行舵鳍联合控制系统的设计。并用MATLAB语言完成了控制器的设计与仿真,仿真结果表明基于H∞设计法的舵鳍联合控制器在保证航向控制的同时。

iSIGHT在鱼雷鳍舵优化设计中的应用研究

在解决鳍舵优化设计问题的过程中,引入集成优化框架iSIGHT,利用iSIGHT的优化迭代计算功能得到一种基于iSIGHT的鱼雷鳍舵优化设计方法,并将得到的设计方案与相同初值条件下通过传统方法得到的设计方案进行了分析和比较。分析比较的结果证明:用基于iSIGHT的优化设计方法来解决鱼雷鳍舵设计优化问题是可行的,并且能得到令人满意的设计方案。

鳍/舵减摇双重控制的H_∞设计

针对具有两个不同执行机构,而且两个控制通道的动态特性也不一样的双重控制问题,提出了这类系统的设计方法并应用于用鳍和舵来减摇的系统。对这种合成控制进行了设计。指出两个回路的Nyquist曲线应在船的自然频率上都做到零相移,这样舵和减摇鳍的响应才有可能叠加以增强减摇效果。为此提出用H∞控制来保证零相移,并采用灵敏度函数作为系统的性能指标。详细讨论了H∞设计中的权函数选择问题。给出了鳍/舵合成减摇系统的仿真结果,仿真中还考虑了舵伺服系统速率限制对减摇的影响。

助飞鱼雷舵负载对电动舵回路系统性能影响

针对助飞鱼雷铰链力矩时变且变化范围大的特点,设计了符合产品要求的电动舵回路系统,建立了该系统的数学模型。根据一条典型标准弹道,计算出铰链力矩的变化规律,施加在电动舵回路系统上,通过数学仿真方法开展舵负载对电动舵回路系统的性能影响研究。利用MATLAB/Simulink工具进行了数学仿真试验,得出了舵机工作在非线性区,如果发生反操纵现象,对舵回路系统的过渡过程影响很大,甚至会引起系统发散。其研究结果对控制半实物仿真方法研究、舵回路系统设计、调试以及随动式舵负载模拟器的设计与研制具有指导意义。

带鳍舵鱼雷流体动力特性的数值计算研究

运用数值求解不可压缩雷诺平均N-S方程的方法研究了带鳍舵无动力鱼雷的流体动力特性。研究表明,本文所采用的Menter两方程SSTκ-ω湍流模型求解雷诺平均N-S方程的数值计算方法,可较为细致的模拟鱼雷周围的定常绕流特性,并对流体动力特性给出合理的流动机理解释。鳍舵对雷体的升力和俯仰特性有显著提高,具有良好的操纵控制能力。

一种适用于鱼雷变舵角的结构网格处理方法

针对鱼雷变舵角工况计算流体力学(CFD)流场计算中网格划分环节,以"十"字形全动舵、"十"字形翼端舵两类鳍/舵布局为对象,提出了一种快捷高效的多结构化网格处理方法。结合结构网格有利于对近壁面网格精细控制、保证其求解精度高的特点,采用多块结构化网格划分思路,把鳍/舵局部流场区域从全雷整体域中分离出来,形成多块计算域,在各自独立坐标系下划分结构化网格,通过多块耦合方法形成全流场计算域网格。减小了网格划分工作难度,避免了重复性,提高了设计计算效率和精度。经计算结果验证,本文方法有效可行,可推广适用于绕定轴旋转等局部小范围变化的几何构型。

深海载人平台框架式稳定翼/舵结构设计

针对深海载人平台稳定翼/舵结构载荷工况,普通船舶差异大,缺少设计资料的情况,分析深海载人平台稳定翼/舵结构的材料选择,设计多种材料、结构型式的框架式稳定翼/舵结构方案,通过有限元强度计算分析各结构方案在波浪砰击载荷下的受力,从力学性能、重量、工艺等方面评估各方案的优缺点与适用情况。