升力反馈减摇鳍及减摇鳍变结构控制方法研究

【摘要】： 对船舶减摇技术的研究已经历了近百年的历史，前后共产生了三百五十多种减摇装置，其中以减摇鳍的使用最为广泛和有效。减摇鳍是一种主动式减摇装置，它采用力矩对抗原理设计。 目前使用的减摇鳍是一个角度反馈系统，它通过鳍的转角来计算控制力矩，这样就存在一些不足之处，因为鳍上产生的升力和鳍角的对应关系主要靠鳍模的水动力试验来求得。由于鳍的水动力试验有很大的误差，特别是在动态条件下鳍的水动力特性测试更是困难，所以这种控制方法产生的鳍升力不能很好地抵消波浪力矩，从而影响了减摇效果。如果我们能够直接测得鳍上产生的升力，就可以避开鳍角转化为升力时的许多不确定因素，这就是升力反馈减摇鳍系统的基本思想。本课题来源于国家“211工程”重点建设项目，最终在实验室内装备一台升力控制减摇鳍实验装置。 本课题所做的工作主要包括： 1．在原来角度反馈减摇鳍系统的基础上，通过适当的改造建立升力反馈减摇鳍系统的实验台架。 2．利用嵌入式工控机对减摇鳍的控制与操纵部分进行改造，代替原来的模拟器件，使控制部分实现数字化。 3．对升力反馈部分进行设计，安装、测试升力传感器，并对升力信号进行测试。 4．针对角度反馈减摇鳍系统，在控制方法进行进一步的研究。利用滑模变结构控制方法设计控制器、进行仿真，并与传统的PID控制进行仿真对比，以验证其在减摇效果上的优越性。 本文所做的工作不仅具有一定的理论价值，而且还为升力反馈减摇鳍系统的进一步研究工作打下了坚实的基础。