【摘要】：三體船是一種新型的船舶類型,由于其優(yōu)良的特性得到了學(xué)界的一致認(rèn)可,各個國家都在對其進(jìn)行較為深入的研究。三體船由一個主體以及兩個側(cè)片附體組成,共享一個主甲板及上層結(jié)構(gòu),其甲板空間大、穩(wěn)定性高、耐波性能強(qiáng)。與常規(guī)單體船相比,三體船擁有航速高、低能耗、高穩(wěn)定性以及出色的操作總行等特點(diǎn),特別適合軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。所以,三體船逐漸得到大力的發(fā)展。但是,在高速航行過程中,三體船縱向運(yùn)動的劇烈程度較高,制約了高速三體船的發(fā)展。本文針對相關(guān)問題,在已有上層控制算法的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了三體船姿態(tài)控制系統(tǒng)的底層控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),采用多種傳感器與多種電機(jī)控制三體船的航速航向穩(wěn)定;同時采用T型翼與壓浪板作為附體減搖裝置,并通過現(xiàn)有解耦控制算法對T型翼以及壓浪板的攻角進(jìn)行控制。船舶航速航向控制是高性能船舶研究的重點(diǎn)課題,航速航向穩(wěn)定性對三體船控制系統(tǒng)至關(guān)重要,其不僅對三體船航行穩(wěn)定有重要意義,此外航速航向穩(wěn)定還能減輕駕駛員的疲勞,并且能夠有效節(jié)省燃料,所有實(shí)驗(yàn)都將依靠三體船操控的可靠性。本文采用LOS算法進(jìn)行航跡跟蹤,采用PID算法進(jìn)行船舶定速巡航。只有保證底層控制系統(tǒng)的可靠性,才能驗(yàn)證已有上層控制算法的正確性。根據(jù)三體船相關(guān)實(shí)驗(yàn)的性能要求,本文將采用多種傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、動力裝置搭建完整的航速航向底層控制系統(tǒng),保證三體船相關(guān)實(shí)驗(yàn)的可靠性與穩(wěn)定性。本文首先進(jìn)行了三體船T型翼與壓浪板的控制系統(tǒng)嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、航速航向嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。選取液壓驅(qū)動作為主動式T型翼與壓浪板的驅(qū)動方式;采用ARM7作為主控芯片進(jìn)行液壓系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì),采集液壓系統(tǒng)、T型翼與壓浪板的相關(guān)數(shù)據(jù)。采用DSP主控芯片進(jìn)行船舶航速航向控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì),采集舵角和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信息、控制相關(guān)開關(guān)量。通過PID控制算法分別對舵角和航速進(jìn)行控制。然后,進(jìn)行液壓系統(tǒng)建模以及T型翼以及壓浪板進(jìn)行位移和角度的映射;運(yùn)用仿人智能PID控制算法對液壓驅(qū)動的T型翼和壓浪板進(jìn)行攻角控制,通過仿真證明采用仿人智能PID控制算法對液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制,其調(diào)節(jié)時間短,控制性能更加優(yōu)良。最后,進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn);進(jìn)行航速航向、減搖等實(shí)驗(yàn);驗(yàn)證上層控制算法的可行性,分析三體船嵌入式底層控制系統(tǒng)是否滿足上層算法的要求。
【圖文】：

上個世紀(jì) 70 年代，相關(guān)國家就開始對三體船進(jìn)行相關(guān)的理論研究。通過理論分析以及進(jìn)行相關(guān)的模型水池試驗(yàn)，在水動力性能方面，證明了三體船較常規(guī)單體船具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。上個世紀(jì) 90 年代，三體船的研究較為活躍，但研究重點(diǎn)依然是水動力性能以及興波阻力方面。在此方面得出了三體船兩片側(cè)體的對稱性擁有更好的抗興波干擾能力，以及相對主體的位置靠近船尾以及主船體擁有更好的阻力性能，除此以外，隨著三體船航速的增加，其側(cè)體的最優(yōu)位置將向后移動[5]。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，三體船建造過程中由于材料以及工藝的相關(guān)問題得以解決[7]。至此，世界強(qiáng)國均對三體船進(jìn)行了更加深入的研究以及實(shí)際研發(fā)工作。世界上第一艘三體試驗(yàn)艦為英國建造的“海神”號三體船，1991 年 1 月 11 日“海神”號三體船開始被建造，2000 年 5 月 6 日，在沃·桑公司的伍爾斯通造船廠順利下水。“海神”號三體船全長 98米，排水量為 1100 噸，最高額定航速 20kn，航程 3000 海里，至此三體船第一次從紙上浮到海上。2008 年大名鼎鼎的美國“獨(dú)立”號瀕海戰(zhàn)斗艦下水，“獨(dú)立”號艦長 127.6 米，艦寬 31.6 米，吃水深 4.3 米，其采用全鋁合金建造，標(biāo)準(zhǔn)排水量 2176 噸，滿載排水量2784 噸，是世界第一艘投入海軍服役用于實(shí)戰(zhàn)的三體軍艦，至此，用于三體船實(shí)際應(yīng)用于軍事目領(lǐng)域。

上個世紀(jì) 70 年代，相關(guān)國家就開始對三體船進(jìn)行相關(guān)的理論研究。通過理論分析以及進(jìn)行相關(guān)的模型水池試驗(yàn)，在水動力性能方面，證明了三體船較常規(guī)單體船具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。上個世紀(jì) 90 年代，三體船的研究較為活躍，但研究重點(diǎn)依然是水動力性能以及興波阻力方面。在此方面得出了三體船兩片側(cè)體的對稱性擁有更好的抗興波干擾能力，以及相對主體的位置靠近船尾以及主船體擁有更好的阻力性能，除此以外，隨著三體船航速的增加，其側(cè)體的最優(yōu)位置將向后移動[5]。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，三體船建造過程中由于材料以及工藝的相關(guān)問題得以解決[7]。至此，世界強(qiáng)國均對三體船進(jìn)行了更加深入的研究以及實(shí)際研發(fā)工作。世界上第一艘三體試驗(yàn)艦為英國建造的“海神”號三體船，1991 年 1 月 11 日“海神”號三體船開始被建造，2000 年 5 月 6 日，在沃·桑公司的伍爾斯通造船廠順利下水�！昂Ｉ瘛碧柸w船全長 98米，排水量為 1100 噸，最高額定航速 20kn，航程 3000 海里，，至此三體船第一次從紙上浮到海上。2008 年大名鼎鼎的美國“獨(dú)立”號瀕海戰(zhàn)斗艦下水，“獨(dú)立”號艦長 127.6 米，艦寬 31.6 米，吃水深 4.3 米，其采用全鋁合金建造，標(biāo)準(zhǔn)排水量 2176 噸，滿載排水量2784 噸，是世界第一艘投入海軍服役用于實(shí)戰(zhàn)的三體軍艦，至此，用于三體船實(shí)際應(yīng)用于軍事目領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U674.951;TP273

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐偉;張潤華;;超細(xì)長三體船在不規(guī)則波中的運(yùn)動及載荷響應(yīng)研究[J];艦船科學(xué)技術(shù);2016年05期

2 周廣利;艾子濤;黃德波;劉桂杰;鄭小龍;;適裝T型翼的三體船阻力性能研究[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版);2014年06期

3 許蘊(yùn)蕾;;高速三體船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J];船舶;2013年06期

4 閆宏生;許小穎;張英晟;馮炎鑫;;可調(diào)長度高速三體船的概念及水動力研究[J];船舶工程;2012年05期

5 賈敬蓓;宗智;張文鵬;;前三體船概念及其阻力和運(yùn)動性能試驗(yàn)研究[J];中國艦船研究;2011年02期

6 朱東華;劉見華;;高速三體船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題[J];船舶;2010年01期

7 李培勇;;三體船興波阻力計(jì)算研究[J];江蘇船舶;2006年02期

8 張憲輝;新穎的高科技船舶──三體船[J];勞動安全與健康;2001年06期

9 李福秀;新型三體船[J];世界海運(yùn);1994年02期

10 奚崇德;;可防暈船的三體渡船[J];技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息;1989年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 馬山;段文洋;周立師;王瑞鋒;周耀華;;三體船在斜浪規(guī)則波中運(yùn)動響應(yīng)預(yù)報方法研究[A];第二十三屆全國水動力學(xué)研討會暨第十屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議文集[C];2011年

2 李云波;馮國泰;;三體船黏流數(shù)值模擬[A];第七屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨第十九屆全國水動力學(xué)研討會文集（下冊）[C];2005年

3 王平;蔡新功;韓蕓;任毅;徐萍;常赫斌;;三體船側(cè)體位置水動力布局規(guī)律試驗(yàn)及理論研究[A];2007年船舶力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨《船舶力學(xué)》創(chuàng)刊十周年紀(jì)念學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

4 劉志林;鄭林q

本文編號：2696783