船舶多航态对减摇鳍电伺服系统影响研究

【摘要】： 本课题来源于哈尔滨工程大学211工程项目“减摇鳍电伺服系统试验装置”课题。现在的减摇鳍转鳍驱动系统采用的是电液伺服系统。随着减摇鳍电伺服系统也在加装在船舶上,但是电伺服系统中的电机对于转矩的控制比较严格。 本文首先对船舶横摇运动进行分析,目前研究船舶特性所采用的模型大都是线性的,线性模型运算简单,并在一定条件下完全可以替代实际系统复杂的动态非线性模型。但在波浪较大的情况下,用线性船舶模型进行船舶横摇运动的研究其误差很大,必须考虑用非线性模型。 然后介绍了振动薄翼理论Theodorsen理论。计算绕轴作正弦振动运动的鳍的动态水动力系数,给出了振动薄翼理论的应用,平板翼作正弦振荡运动水动力系数(即鳍水动力系数的振动解部分)的推导过程。 接着通过对鳍轴上力矩的分析,给出减摇鳍在水中作复杂运动时鳍轴上的力矩模型,并对鳍轴上所受的各种力矩分别进行讨论,给出实际的计算公式。对主要作用在减摇鳍上的三种力矩进行详细的推导,最后,把某舰上的减摇鳍作为鳍的模型,对鳍的力矩曲线进行了仿真,对多种航态下的转鳍力矩进行叠加仿真。 最后针对电伺服系统设计基于遗传PID整定的控制器,在MATLAB中建立系统仿真模型。在建模过程中,首先建立电机的仿真模型通过搭建的仿真模型,分别对常规PID和基于遗传算法整定的PID控制算法控制下的系统进行仿真分析。结果表明:基于遗传算法整定的PID控制方法在控制性能和鲁棒性方面都大大优于常规PID控制器,更能适应高性能控制系统对系统品质的要求。这也就为本控制系统的设计采用的控制算法确立了目标。