零航速下的船用多功能翼水动力分析

为了研究船用多功能翼在零航速下水动力特性和展弦比效应,采用计算流体力学(CFD)软件和动网格技术对其进行三维水动力仿真。船用多功能翼根据荷兰Rotor Swing公司推出的可伸缩尾翼稳定器产品WING Stabilizer建立的几何模型,分析其在不同展弦比、攻角和摆动周期下的升/阻力特性。仿真结果表明,对于翼面积为0.5 m^(2)的船用多功能翼,在3~5内选择其展弦比,能在提高升力的同时,产生较小的阻力。因此可以认为多功能翼与常规减摇鳍对不同,过大的展弦比会降低鳍的升阻比。

基于神经网络的零航速减摇鳍模型参考自适应控制设计

目的:鉴于零航速下船舶横摇模型参数的不确定性,采用自适应控制方法使船舶横摇角跟踪指定参考模型的响应。方法:由于零航速减摇鳍模型结构的非线性及参数的不确定性,选择一个关于减摇鳍鳍角速度的可逆函数重构减摇鳍动态系统,再用径向基函数神经网络逼近函数重构误差,从而通过设计鳍角速度达到船舶减横摇的作用。结果:通过李雅普诺夫稳定理论及仿真试验表明,本研究所设计的控制器具有较强的自适应性。结论:该方法既解决了横摇模型不确定性控制问题,又解决了升力模型非线性控制问题,具有工程应用价值。

基于PAC的零航速减摇鳍升力测量系统研究

零航速减摇鳍是一种新型减摇装置,其升力产生机理、控制策略都与传统减摇鳍不同。通过对现有实验设备数据采集和控制系统的改进,建立一套适合零航速减摇鳍控制系统特点和实验要求的实验室升力检测系统。升力检测系统包括基于压阻式升力传感器的检测元件和基于PAC的数据采集及记录的控制系统。可用于分析和验证零航速减摇鳍的升力理论模型,为工程实验提供有价值的信息。

基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍升力特性研究

为了克服传统减摇鳍只能在有航速情况下进行减摇的缺点,该文提出了一种基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍.通过对Weis-Fogh机构原理与流体特性的深入研究,从理论上推导出平板翼的升力表达式,确定了升力与旋转角速度及角加速度之间的函数关系.在Matlab/Simulink环境下,建立了平板翼的升力模型,完成了平板翼在各种运动规律下的升力仿真实验.仿真结果证明,这种新型的减摇鳍能够在零航速下瞬间产生巨大升力,通过控制翼的旋转角速度及角加速度能够控制升力的大小及建立的时间,验证了采用Weis-Fogh机构设计零航速减摇鳍的可行性.

基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍升力模型的研究

随着减摇技术的发展,出现了一种可以使用减摇鳍在零航速下进行减摇的新方法,这种方法使减摇鳍既可以在零航速下进行减摇也可以在中高航速下满足减摇的需要。文章结合国外的相关文献,对零航速下减摇鳍的工作方式和产生的升力进行了相关的研究。并根据Weis-Fogh机构流体动力学知识对升力进行了分析,建立了零航速下减摇鳍的升力模型,根据模型进行了升力仿真研究。

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。

零航速减摇鳍永磁同步电机伺服系统广义预测控制

为提高系统的可靠性,探索了电伺服系统在零航速下减摇鳍上的应用,并根据减摇鳍的负载特性选择了驱动电机的种类。由于零航速减摇鳍的工作环境和负载特性比较复杂,为提高电伺服系统的动态性能和对参数扰动的鲁棒性,建立了永磁同步电机传动系统的受控自回归积分滑动平均(controlled auto regressive integrated moving average,CARIMA)模型,实现了电伺服系统的广义预测控制。由于浪级较高时电机驱动能量不足,所以对伺服系统输入输出的约束条件进行了分析,在此基础上提出了一种考虑约束的改进控制算法。仿真结果表明,广义预测控制器能够改善伺服系统的动态性能,提高零航速减摇鳍的减摇效果。

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.

零航速减摇鳍电动伺服系统驱动功率研究

在分析零航速减摇鳍升力特性的基础上,推导出了减摇鳍动态流体力矩和平均横摇角速度的计算方法,提出了通过转鳍动态流体力矩和平均横摇角速度计算伺服系统驱动功率的方法。同时根据计算所得的伺服系统驱动功率进行了电动伺服系统的仿真实验。实验结果表明,采用动态流体力矩代替静态流体力矩计算所得的伺服系统驱动功率更加精确、合理,提高了系统的工作效率。

零航速减摇鳍两步主从控制律设计

零航速减摇鳍水动力特性与升力式减摇鳍存在本质差异,前者与鳍角、角速度、角加速度构成多约束动态非线性映射,不满足后者的近似线性关系,导致对抗式PID控制无法适用.针对零航速减摇鳍系统特有的动态输入非线性及整体结构,借助非线性分离策略,提出并设计基于变约束模型预测控制与数值迭代反演的两步主从控制律.仿真结果表明,控制器性能良好,但受物理性硬约束影响,零航速减摇效率随海情增加而呈非线性递减趋势.

非定常流Weis-Fogh机构在零航速减摇中的应用

由于Weis-Fogh机构的仿生机构可以在零航速下产生升力,因此可以用来进行零航速减摇.基于势流理论建立的Weis-Fogh机构升力模型忽略了翼缘的分离涡对翼的作用,所以不能更好地模拟实际流场.因此基于点涡模型建立Weis-Fogh机构升力模型,并对Weis-Fogh机构张开时所产生的升力进行了数值计算.通过对有分离涡的Weis-Fogh机构升力和没有分离涡的Weis-Fogh机构升力之间的对比,发现前者产生的升力远大于后者.最后同实验数据进行了比较,证明该点涡升力模型可以更好地模拟翼上产生的升力.

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.

基于相位匹配的零航速减摇鳍控制策略研究

零航速减摇鳍常规减摇和零航速减摇两种模式下生力机理不同而导致控制策略不尽相同。本文从两种模式下生力机理出发,分析海浪干扰、船舶横摇、鳍的动作及鳍上产生的减摇力之间的相位关系,分别得出两种模式下反馈控制策略。通过与常规减摇鳍控制方法对比,不仅验证了所得常规减摇模式下的控制策略的正确性,而且也验证了相位匹配分析方法的适用性;而零航速减摇模式下的控制策略则通过仿真和水池试验进行验证。结果表明:基于相位匹配得到的零航速减摇鳍的控制策略是有效且实用的,可为实际工程应用提供参考。

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。

零航速减摇鳍鳍型参数估算方法

零航速减摇鳍具有双重工作模式,不同生力机理使其流体动力特性存在本质差异,从而导致二者对鳍型参数要求截然不同,为满足零航速模式需求,零航速减摇鳍大多选用小展弦比鳍型,但亦给常规减摇模式带来诸多不利影响。通过分析展弦比、翼梢形状等因素,从双模式对鳍型参数的实际要求出发,应用线性系统理论、对抗控制原理,提出适用于零航速减摇鳍的尺寸参数估算及综合评定方法,得出不可收放式零航速减摇鳍的最佳展弦比范围,为工程化设计提供了必要的理论依据。

零航速减摇鳍升力模型分析及系统仿真研究

根据零航速下减摇鳍的运动方式,对减摇鳍在非定常流中的受力情况进行分析,建立了零航速减摇鳍的升力模型.利用CFD软件Fluent对零航速下减摇鳍升力进行数值仿真,依据仿真数据通过回归分析方法整定升力模型待定参数.针对升力模型的非线性特性和系统模型的不确定性,通过PID-NN控制算法进行控制器设计,并对系统进行仿真.仿真显示所设计的零航速减摇鳍系统取得了满意的减摇效果.

船舶零航速减摇技术研究

对船舶零航速减摇技术开展了研究。针对一艘内倾船的船型,基于纵向拍动方式设计了零航速减摇鳍,提出零航速减摇鳍的控制策略,并在拖曳水池开展了零航速减摇模型试验。通过船模试验对零航速减摇鳍及其控制策略的减摇效果进行了验证,并得到了零航速减摇鳍的控制规律。设计的零航速减摇鳍能够提供较大的升力,具有显著的减摇效果,在4级海况下减摇效果达到40%以上。

船舶零航速减摇鳍系统建模与仿真

根据零航速下减摇鳍的运动方式,对减摇鳍在非定常流中的受力情况进行分析,建立了零航速减摇鳍的升力模型。利用CFD软件Fluent对零航速下减摇鳍升力进行数值仿真,依据仿真数据通过回归分析方法整定升力模型待定参数。针对升力模型的非线性特性和系统模型的不确定性,设计了基于PSD算法的单神经元控制器。仿真结果表明按该种思想设计的零航速减摇鳍系统取得了满意的减摇效果,且控制器对系统非线性和不确定性具有较好的自适应能力。

零航速仿生减摇鳍水动力模型改进

原有的零航速减摇鳍水动力建模采用单一的解析方法,忽略了减摇鳍的厚度、物理形状等对水动力模型的影响,同时,旋涡作用力的分析也较为粗糙,不但导致所建立的模型中含有较多的待定参数,而且造成模型与真实情况存在较大差距。针对这一问题,采用数值与解析相结合的分析方法,对零航速减摇鳍动态水动力模型及原有的建模方法进行改进与完善,力求使改进后的模型更加准确、细致,且不失工程实用性。将理论计算值与FLUENT仿真数据进行比较,展示了改进模型及建模方法的优越性。

零航速下船舶减横摇控制策略研究

鉴于零航速下船舶横摇模型的不确定性,通过在线辨识确定船舶横摇运动数学模型.在此基础上采用改进型遗传算法和单纯形法相结合的优化策略对PID参数进行优化,使优化过程既具有遗传算法的全局性又具有单纯形算法的快速性.仿真显示按此种控制策略设计的控制系统对横摇模型的不确定性具有较强的自适应性,有一定的工程应用价值.