船舶運動建模與特性仿真研究.pdf

1、分析船舶的運動規(guī)律和控制方法可以通過海上實驗，但實船海上實驗存在成本高，周期長，而且具有一定的危險性等缺點。而利用船舶運動模型，通過仿真的方法進行實驗克服了上述限制，可以在一定程度上反映船舶運動的規(guī)律，替代部分海上實驗。因此，研究船舶的受力狀況和數(shù)學(xué)模型對研究船舶運動控制及海洋平臺的動力定位均具有重要意義，在開發(fā)各種推進方式的船舶模擬器中也具有重要地位。
　　 本文通過對船舶受力和系統(tǒng)各組成部件運動學(xué)規(guī)律的分析，建立了船舶三自由

2、度運動的數(shù)學(xué)模型，并考慮了環(huán)境干擾力對船舶運動的影響，進行了相關(guān)的仿真實驗，對船舶運動位置和航向變化進行了分析。
　　 本文的主要工作如下：
　　 (1)介紹了研究船舶運動時的坐標系統(tǒng)，船舶在運動時所受的各種形式的作用力，影響螺旋槳推力和轉(zhuǎn)矩的因素，以及船舶運動時船體和螺旋槳的相互作用。
　　 (2)研究了四象限螺旋槳特性及其解析形式，探討了螺旋槳有效推力和轉(zhuǎn)矩的計算、船舶附加質(zhì)量和船舶阻力的相關(guān)內(nèi)容，并建立了船

3、-機-槳系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
　　 (3)在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立基于MATLAB/Simulink的仿真模型，并進行船舶典型工況仿真實驗，通過與KONGSBERG軟件運行結(jié)果的對比，表明本文所建模型可以反映船槳系統(tǒng)的動態(tài)特性。
　　 (4)分析了船舶運動系統(tǒng)和環(huán)境干擾力的特點，根據(jù)船舶運動學(xué)規(guī)律建立了船舶三自由度運動方程，計算了質(zhì)量陣和阻尼陣，并將運動方程表示為狀態(tài)空間形式，然后對設(shè)定推力情況時的船舶運動進行了仿真研究，對船