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船舶风帆助航的实验研究

黄朝明  
【摘要】: 随着国际原油价格飞速上涨,以及全球环境日益恶化,“节能减排”成了航运业中人们关注的首要问题。不少先进国家不得不对风帆船重新加以认识,并以现代技术手段进行改进,产生了风帆助航船。 国内,对风帆助航船舶的研究只停留在对风帆辅助推进装置的研究,风帆辅助推进控制系统的应用也只停留在对已有的内燃机推进船舶进行的改装,对风帆助航船舶的研究未曾在实验室条件下从船体结构到控制软件进行系统的分析研究。本文通过设计制作一艘以风帆为辅助推进装置的船舶模型,讨论了在实验室条件下对风帆助航船进行系统地分析研究的方法。 本文首先讨论了风帆的气动性,分析了最佳操帆曲线,并建立基于最佳操帆曲线的硬帆控制系统模型,分析自校正自适应控制算法,并建立基于自适应算法的风帆助航船航向保持控制模型。在船模的设计制作时,本文将其分为机械模块、电路模块和控制软件的设计。机械设计制作部分包括船模体的设计制作、推进帆系传动机构和舵系传动机构的设计制作。在硬件电路模块部分,设计制作了风向风速、舵位、帆位等检测电路,舵角、帆角驱动电路和串行口、键盘、液晶显示通信电路等。软件部分研究设计了风帆助航控制系统的控制软件模型,完成了系统软件主体流程设计,实现全系统的协调控制,完成了子功能模块软件的设计,实现对各子模块的单独运行控制及子模块与主模块间的通信控制。 本文通过设计与制作小型风动力船模及其控制系统,分析了风帆助航船舶的可行性和必然性以及风帆助航控制系统的原理,设计了“风动力自动驾驶”控制系统,并把ARM嵌入式系统引入控制系统,为风帆助航船的深入研究奠定了基础。


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