舵鰭聯(lián)合控制對船舶回轉(zhuǎn)特性的影響研究.pdf

1、操縱性的好壞直接關系到船舶在海上的生存能力,回轉(zhuǎn)性便是船舶操縱性中重要的組成部分。船舶回轉(zhuǎn)的同時會伴有一定的橫傾角,如果此時存在外界干擾,易造成船舶傾覆等海難事故的發(fā)生。本文主要研究舵鰭聯(lián)合控制下的船舶回轉(zhuǎn)特性,即考慮船舶原有回轉(zhuǎn)特性的基礎上,通過減搖鰭的控制作用來改善船舶的回轉(zhuǎn)特性,分別對船舶回轉(zhuǎn)過程中的橫傾和回轉(zhuǎn)圈參數(shù)進行控制研究。本文的主要工作如下:
　　首先,建立船舶的四自由度非線性運動模型,分別考慮作用在船體、螺旋槳、舵

2、和鰭上的水動力和水動力矩。為了使得模型足夠精確,將船體水動力中的部分三階水動力考慮在內(nèi),同時考慮舵鰭傳動機構(gòu)的非線性特性,以及舵鰭有效攻角問題。由于船舶航行環(huán)境的復雜多變,建立隨機海浪、定常海流和穩(wěn)流海風等干擾對船舶四個自由度上的運動所產(chǎn)生干擾力和力矩的數(shù)學模型。
　　其次,根據(jù)建立的數(shù)學模型搭建仿真模型,并對仿真船舶原有的回轉(zhuǎn)性能進行仿真分析,即先進行不考慮減搖鰭作用的船舶回轉(zhuǎn)運動,并通過經(jīng)驗公式驗證仿真模型的正確性。對船舶回轉(zhuǎn)

3、特性隨船舶初始航速、舵角和舵速的變化規(guī)律和不同外干擾下的船舶回轉(zhuǎn)運動進行研究。
　　然后,詳細的分析了靜態(tài)減搖鰭作用下的船舶回轉(zhuǎn)運動,分別對船舶擁有單對鰭和兩對鰭的情況進行仿真分析,通過對比發(fā)現(xiàn)船舶回轉(zhuǎn)運動各參數(shù)隨鰭角的變化規(guī)律,以及單對鰭與兩對鰭在相同條件下所產(chǎn)生作用的差異。
　　最后,根據(jù)靜態(tài)減搖鰭對于船舶回轉(zhuǎn)運動影響的結(jié)論設計控制器,其中控制方法分別采用傳統(tǒng)PID控制和神經(jīng)元自適應PID控制。對船舶普通回轉(zhuǎn)運動中的回轉(zhuǎn)