艦船主推進系統(tǒng)的建模理論、控制策略及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、艦船推進軸系是艦船動力裝置的重要組成部分，它的穩(wěn)定性是艦船生命力的基本保證。因此，對于船舶推進軸系的建模理論及其振動控制的研究成為艦船推進軸系研究的重要內(nèi)容。然而艦船推進軸系在建模方法和控制理論方面尚有許多問題待解決，如①考慮轉(zhuǎn)速影響的彈性體動力學(xué)建模方法：②同時考慮支撐剛度和油膜剛度的油膜力模型：③沖擊和隨機海浪作用下的控制理論問題；④在支撐剛度、阻尼等控制參數(shù)不變條件下的最佳控制效果問題，即優(yōu)化設(shè)計等問題。本文針對這些問題作了深入的

2、探討。 首先，本文綜述了艦船推進系統(tǒng)在建模方法、控制理論和優(yōu)化設(shè)計方面的研究現(xiàn)狀和存在的問題。 其次，針對經(jīng)典推進軸系建模方法存在的局限性，本文提出了一種新的推進軸系的彈性體動力學(xué)建模方法，并研究了轉(zhuǎn)速對于推進軸系的沖擊響應(yīng)的影響。通過與有限元方法的比較，證明了該方法的可靠性。 在此基礎(chǔ)上，本文采用平均本征值方法，建立了艦船推進軸系同時考慮油膜剛度和支撐剛度的油膜力模型．考慮了油膜渦動效應(yīng)和擠壓效應(yīng)以及多個軸承油

3、膜力的耦合影響；研究了油膜力的影響以及油膜參數(shù)和轉(zhuǎn)速對于推進軸系的沖擊響應(yīng)的影響；同時，通過與近似解析法的比較證明了該方法的正確性。 再次，將隨機最優(yōu)控制方法探索性地用于艦船推進系統(tǒng)的沖擊控制和隔振器參數(shù)設(shè)計研究。利用Pierson—moscowitz海浪譜以及最小誤差條件下實際海浪譜分數(shù)多項式擬合的快速迭代算法，由系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)直接擬合系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，實現(xiàn)了隨機海浪譜的仿真。在本文建議的彈性動力學(xué)模型基礎(chǔ)上，以沖擊和隨

4、機海浪作用下推進軸系為研究對象，對艦船推進系統(tǒng)的準(zhǔn)最優(yōu)控制方法和最優(yōu)參數(shù)設(shè)計方法進行了探討，對控制系統(tǒng)在不同控制方法下的沖擊控制效果進行了比較分析，闡明艦船推進系統(tǒng)的動力學(xué)特性和沖擊控制機理。 接著針對控制過程中存在的攝動，提出了具有魯棒性的變結(jié)構(gòu)控制方法。采用二次型最優(yōu)控制理論建立切換面,并采用了單位向量控制形式的最終滑動模態(tài)控制器，設(shè)計了推進軸系的變結(jié)構(gòu)控制器。初步對推進軸系的變結(jié)構(gòu)控制方法進行了探討。 然后，本文采