船舶用風(fēng)帆自動控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)全球化的快速發(fā)展,航運(yùn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段。由于燃油價格上漲和國際海事組織對船舶節(jié)能減排提出嚴(yán)格要求,使得風(fēng)能成為航運(yùn)界尋求的主要新能源,風(fēng)帆船舶也成為了國內(nèi)外航運(yùn)業(yè)研究的熱點(diǎn)。目前,國內(nèi)外主要致力于帆的空氣動力性能和機(jī)帆配合研究,對帆船自動控制系統(tǒng)的研究較少。因此,本文對船舶風(fēng)帆自動控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。
　　 為使風(fēng)帆船舶能在最優(yōu)狀態(tài)(節(jié)能、高效、智能)下運(yùn)行,本文設(shè)計并制作了風(fēng)帆船舶模擬實(shí)驗(yàn)平臺,并基于此平臺對風(fēng)帆船舶

2、的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先,本文對系統(tǒng)控制模型進(jìn)行研究,即通過對帆翼的空氣動力性能分析設(shè)計出本系統(tǒng)風(fēng)帆的具體參數(shù);通過對帆船運(yùn)動力學(xué)原理分析得出最佳操帆數(shù)學(xué)模型;為實(shí)現(xiàn)船舶航向自動保持,引入模糊PID控制策略設(shè)計出自適應(yīng)模糊PID控制系統(tǒng)。其次,對船舶風(fēng)帆船舶模擬實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行設(shè)計與制作。在平臺設(shè)計過程中,本文采用理論分析、三維建模后實(shí)物制作的論證設(shè)計方法,完成了轉(zhuǎn)帆和升降帆機(jī)構(gòu)的設(shè)計與制作、帆的制作以及舵機(jī)的設(shè)計與制作。最后,本文對

3、風(fēng)帆船舶自動控制系統(tǒng)的硬件電路模塊和軟件控制模塊進(jìn)行了設(shè)計。硬件電路模塊設(shè)計包括控制器電路設(shè)計,電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計,風(fēng)速、風(fēng)向、航向、帆角、舵角和升降帆限位檢測電路設(shè)計,無線通信電路設(shè)計和觸摸顯示終端的人機(jī)交互電路設(shè)計。軟件控制模塊設(shè)計主要是建立系統(tǒng)主機(jī)和從機(jī)控制模型,完成主、從機(jī)主程序和子程序的設(shè)計。通過上述研究工作的開展,本系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了風(fēng)帆自動升降和最佳帆角的智能操控,以及自動操舵以保持船舶航向穩(wěn)定等設(shè)計目標(biāo)。
　　 綜上所