收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于升力反馈的全航速减摇鳍研究

宋吉广  
【摘要】:受到海风、海浪和海流等海洋环境干扰的影响,航行在海上的船舶不可避免的将产生各个方向的摇荡,在这六个自由度的运动中,以横摇影响最为显著。剧烈的横摇将严重影响船舶的适航性、设备的安全性、船员的舒适性和武备的使用性能。为了减小横摇,科技工作者发明了数百种船舶减摇设备,现在应用最广泛的减摇设备有主动式的减摇鳍与被动式的减摇水舱等,对于零低和中高航速下都需要减摇的船舶来说,以往的选择常常是同时配置减摇鳍与减摇水舱。在零低航速下依靠水舱来实现船舶减摇,在中高航速下依靠减摇鳍来实现减摇(或水舱和鳍联合控制实现减摇),然而水舱不仅要占用舱内宝贵的排水空间,且其减摇效果不高,同时维护两套系统的经济性也欠佳。 受升力产生机理的限制,传统减摇鳍上的升力与速度的平方近似成比例,导致在零低航速下提供的稳定力矩有限,因此只适用于中高航速情况下。如果设计一种机构,可以使鳍在零低航速下产生满足船舶稳定需要的足够升力,则可以使减摇鳍应用在零低航速情况下,与中高航速应用的传统减摇鳍互相融合,则可以使减摇鳍应用在零、低、中、高全航速范围内。传统减摇鳍存在的另一个问题是大多采用鳍角作为伺服系统的反馈量,忽略了升力和鳍角之间的不确定性与非线性影响,限制了减摇鳍效果的改善。如果直接采用鳍上产生的升力作为转鳍伺服系统的反馈信号,而不是采用鳍角作为反馈,则可以克服上述问题。 由于传统的中高航速鳍角反馈减摇鳍技术已经非常成熟,因此零低航速下减摇鳍技术研究、升力反馈技术研究、零低与中高航速切换策略研究是实现高效率全航速减摇鳍的关键问题。通过新的升力产生机理研究,使鳍可以在零低航速下产生足够升力,就可以使减摇鳍工作在零、低、中、高全航速范围内。文中首先对升力在零低航速下的产生机理进行了探讨,通过不同结构形式的分析,采用基于纵向拍动的结构形式作为全航速减摇鳍的应用类型。建立了更具意义的实际应用鳍型的低航速升力模型,并通过水动力试验对该模型中的未知参数进行了确定和模型的验证工作,从而证明了所提出的理论升力模型的正确性。 限于零低航速下特殊的工作方式,鳍在零低航速下所产生的升力和升力维持时间有限,且两者相互矛盾。因此论文对如何增大纵向拍动结构形式的鳍在零低航速下的升力进行了研究。分别讨论了改变鳍轴位置、改变展弦比和改变鳍型等对升力的影响,综合考虑中高航速应用和零低航速应用,以带副翼的平行四边形鳍作为全航速减摇鳍的应用鳍型。针对常用的拱度变形和面积变形,应用建立的试验装置对理论分析结果进行了验证。试验数据显示了理论分析的正确性。 升力反馈技术的实现难点恰恰是升力测量方案的实现,要综合考虑力传感器地安装、力的解耦、可维护性和成本等因素。在分析普通鳍角反馈减摇鳍所面临问题的基础上,研究了鳍升力测量的实现方式,由于国际上Sperry、Rolls-Royce和三菱重工的升力测量方案均存在一些重要的缺点,本文采用哈尔滨工程大学船舶减摇与控制技术研究所设计的基于方形微动轴承的升力测量方法,文中给出了具体的实现形式和机械结构。同时分析了完全采用升力反馈在零低、中高航速下分别面临的问题,因此本文采用升力和鳍角的综合控制方案。 通过对零低和中高航速控制特点的分析,决定分别采用不同的控制方法来实现零低和中高航速下的控制。在零低航速下,以稳定力矩最大限度的消耗海浪干扰力矩为目标,通过小波变换和均生函数周期外推对船舶下半周期的横摇姿态进行预测,根据预测结果应用非线性规划确定控制序列中的最优参数,解决了零低航速下鳍上升力的严重非线性、多映射问题。在中高航速下通过T-S模型,将船舶横摇的非线性方程转化为线性时变系统,并通过在线辨识解决了船舶横摇方程的不确定性问题,通过在控制器中引入约束条件,解决了升力反馈减摇鳍在高海况下的失速问题。无论在零低航速下对船舶横摇姿态进行的实时预报,还是在中高航速下对规则后件的在线辨识,都较好的解决了船舶横摇模型的非线性、时变和不确定性问题。针对某型船的参数和减摇需求,设计了零低、中高航速切换策略,仿真结果显示,该控制策略可以满足全航速减摇的应用。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 梁利华,杨生,李国斌;DSP控制器在减摇鳍加载系统中的应用研究[J];机床与液压;2003年03期
2 吴冰;;收放式减摇鳍的改进[J];机电设备;1988年05期
3 荆兆寿;;从鱼鳍到舰船的减摇鳍[J];惯性世界;1998年03期
4 张海鹏,吉明,金鸿章;可编程控制器在船舶减摇鳍随动系统中的应用[J];电子技术应用;2003年11期
5 孟克勤 ,王明星;减摇鳍液压伺服系统分析[J];机电设备;1997年04期
6 王立贤,汪滨琦;减摇鳍测控系统中仿真转台的正弦运动控制[J];应用科技;2003年10期
7 曹溯萱,邱龙源;鳍箱内减摇鳍鳍角零位调整的新工艺[J];中国修船;2000年05期
8 于萍,刘胜,邓志红,金鸿章;减摇鳍升力反馈与鳍角反馈控制的对比[J];船舶工程;2001年02期
9 吴跃斌,谢英俊,徐立,陈鹰;1MN级新型减摇鳍液压系统仿真[J];机床与液压;2004年04期
10 高玮;;惯性技术之窗:陀螺仪是减摇鳍的灵魂[J];海陆空天惯性世界;2011年07期
11 廖铭声;减摇鳍的阻力计算[J];船舶工程;1995年04期
12 焦侬;减摇鳍自适应控制系统的研究和仿真[J];船舶工程;1998年04期
13 侯兴凯,马宏颖,李国斌;减摇鳍航速调节的研究及MCS-96的实现[J];自动化技术与应用;1998年03期
14 杨盐生,贾欣乐;船舶减摇鳍不确定非线性系统的变结构鲁棒控制[J];中国造船;1998年03期
15 刘然;用“鸳鸯孔”保证减摇鳍基座安装精度[J];造船技术;2002年02期
16 廖铭声;改进型减摇鳍的不规则波试验[J];舰船科学技术;1980年05期
17 宋学雷;;减摇鳍微机控制原理样机通过部级技术鉴定[J];应用科技;1988年01期
18 李积德;代遗山;;装减摇鳍的船舶在不规则海浪中横摇的理论计算[J];应用科技;1979年04期
19 赵立涛;;为航船插上平衡的翅膀——记哈尔滨工程大学(原哈船院)的减摇鳍技术[J];科技潮;2001年12期
20 李晖,郭晨,李晓方;基于MATLAB的船舶减摇鳍控制系统仿真[J];仪器仪表学报;2002年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周清华;杜留法;杨雄辉;;减摇鳍加强结构CAD/CAE一体化的若干关键技术探讨[A];纪念徐秉汉院士船舶与海洋结构力学学术会议论文集[C];2011年
2 严宝弟;;浅谈减摇鳍装置在新一代救助船上的应用[A];救捞专业委员会2005年学术交流会论文集[C];2005年
3 迟晓珠;金鸿章;;轴承负荷法测量鳍轴升力[A];2000全国力学量传感器及测试、计量学术交流会论文集[C];2000年
4 王科俊;金鸿章;苏闽;;减摇鳍系统的神经网络监督控制[A];1999年中国智能自动化学术会议论文集(上册)[C];1999年
5 张洪雨;汤振明;;减摇鳍绕轴摆动时的水动力试验研究[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集(下册)[C];2005年
6 侯培培;邱明伯;胡小华;梁山;;基于FROH的减摇鳍的离散时间控制设计[A];2008’“先进集成技术”院士论坛暨第二届仪表、自动化与先进集成技术大会论文集[C];2008年
7 曾庆军;王健;周耀庭;;基于遗传算法的舰船航速智能积分模糊控制研究[A];1999年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1999年
8 刘卫东;;浅窄航段船舶操纵浅谈[A];桥区船舶航行安全与管理论文集(1)[C];2010年
9 周鲁贤;;大型船舶进出新港技术要领[A];中国航海学会优秀论文文摘及学术会议论文目次汇编(1990—1991)[C];1992年
10 王亥索;孙凡;;船行波对复式航道隔离带宽度的影响[A];中国土木工程学会港口工程分会第七届港口工程技术交流会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宋吉广;基于升力反馈的全航速减摇鳍研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
2 王龙金;零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 王帆;零航速减摇鳍仿生机理及控制关键技术[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 梁利华;减摇鳍电液负载仿真台性能研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
5 陈放;鳍水动力应用及鳍和水舱综合减摇系统研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
6 姚绪梁;减摇鳍的动态水动力特性及电伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
7 赵为平;大型水面舰艇综合平衡系统研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
8 罗延明;船舶零航速减摇鳍及其电动伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 张晓飞;船舶零航速减摇鳍建模与控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 綦志刚;船舶零航速减摇鳍升力机理及系统模型研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周世双;变形鳍水动力特性分析及低航速控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
2 刘绪化;减摇鳍虚拟仪器测试及性能分析系统设计[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 方悦;基于嵌入式的变鳍型减摇鳍控制器研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 潘艳;变形减摇鳍及其在水下机器人中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 杨林;减摇鳍减横摇系统设计[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 陶芬;减摇鳍系统自适应反演滑模控制的研究[D];重庆大学;2012年
7 贺彦峰;升力反馈减摇鳍及减摇鳍变结构控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
8 王彬;船舶多航态对减摇鳍电伺服系统影响研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 章鑫;基于液压缸压力及鳍角反馈的减摇鳍升力控制[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 赵淑香;零航速下减摇鳍的运动规律与能量优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 张银炎;七〇四所轻小型减摇鳍获国家专利[N];中国船舶报;2011年
2 余华;华渝总厂获新型减摇鳍订单[N];中国船舶报;2011年
3 记者 张银炎;七○四所减摇鳍旺销[N];中国船舶报;2003年
4 记者 耿挺;首套国产伸缩式减摇鳍今亮相[N];上海科技报;2011年
5 记者 张银炎;我国首套伸缩收放式减摇鳍研发成功[N];中国船舶报;2011年
6 记者 张银炎;减摇鳍研发获重大突破[N];中国船舶报;2003年
7 记者 张银炎;集成式电液比例控制轻小型减摇鳍通过鉴定[N];中国船舶报;2010年
8 记者 张银炎;七○四所改写大型减摇鳍生产纪录[N];中国船舶报;2009年
9 记者 张银炎 周升友;大型船用减摇鳍国产化步伐加快[N];中国船舶报;2009年
10 记者 张银炎;七○四所收放式减摇鳍批量装民船[N];中国船舶报;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978