發(fā)布時間：2020-08-13 18:37

【摘要】：船舶在航行時受到海浪、海風等外界擾動,不可避免會產(chǎn)生多自由度搖蕩運動。由于船舶橫搖阻尼小,使得船舶發(fā)生橫搖的幾率更大,因此,船舶減搖裝置成為船舶在海上安全航行必不可少的設備之一,且減搖裝置操縱性能的好壞直接影響船舶在復雜海洋環(huán)境下的穩(wěn)定性。減搖鰭作為一種主動式減搖裝置,由于其減搖效果良好,被廣泛應用于船舶減搖。減搖鰭工作主要依據(jù)海浪信息作有規(guī)律的變化,但由于海浪具有不可預測性,減搖鰭始終處于被動狀態(tài)。為提高船舶減搖的效率,研究關于減搖鰭控制系統(tǒng)的實時性具有重要意義。因此,本文以減搖鰭控制系統(tǒng)為研究背景,提出將自抗擾控制應用于減搖鰭控制系統(tǒng)中。另外,控制器作為控制系統(tǒng)的核心,其性能直接影響控制系統(tǒng)的控制效果。因此,設計具有穩(wěn)定性好、實時性強的控制器對減搖鰭控制系統(tǒng)的性能具有重要意義。同時為驗證自抗擾控制在減搖鰭系統(tǒng)中的可行性,進行了減搖鰭控制器實物開發(fā)。本文主要從以下幾方面做了研究:首先,在分析國內外減搖鰭的發(fā)展狀況,對船舶在海浪中的受力進行分析,引出基于“力矩對抗”的控制原理,討論了控制系統(tǒng)各部分組成情況,并參照實船模型對減搖鰭控制系統(tǒng)各部分參數(shù)就進行設置,同時對海浪、海浪譜以及橫搖運動進行建模及仿真分析。其次,對自抗擾控制進行了研究,簡介了ADRC的基本框架。介紹了ADRC主要由跟蹤微分器、擴張狀態(tài)觀測器以及非線性狀態(tài)誤差反饋控制律組成,建立了相應的數(shù)學模型。根據(jù)相應的數(shù)學模型搭建合適的Simulink仿真框圖,對整個ADRC系統(tǒng)進行仿真,反復驗證得到合適的ADRC控制參數(shù)。然后,根據(jù)設計要求選擇了S3C2440處理器。根據(jù)實際控制器需求設計了硬件整體結構設計。然后依次設計了系統(tǒng)電源電路、復位電路、時鐘電路、系統(tǒng)存儲器設計電路、數(shù)模轉換接口電路、JTAG調試接口設計和SD卡接口電路等主要外圍電路。最后,在硬件電路設計完成的基礎上,依據(jù)實際需求,對控制器系統(tǒng)進行軟件開發(fā)。設計高質量的啟動代碼,配置合適的驅動程序,為應用程序的運行創(chuàng)造了良好的運行環(huán)境。并通過臺架試驗驗證設計的可靠性。研究結果表明:針對自抗擾控制在減搖鰭中的應用進行了仿真分析,仿真結果表明自抗擾在減搖鰭應用中取得了理想的結果,具有較好的減搖效果。以自抗擾控制為控制算法,設計研發(fā)的ARM減搖鰭控制器,更能突出減搖鰭控制的智能化,所以具有很好的研究價值。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U664.72
【圖文】：

圖 1.1 Sperry 減搖鰭系統(tǒng)美國 Naiad 減搖鰭aiad 海事公司所設計的減搖鰭系統(tǒng)具有針對不同海況時的自適應器對船舶橫搖運動進行檢測，經(jīng)先進的控制算法處理后，船舶在的減搖效果。

圖 1.2 Naiad 減搖鰭系統(tǒng)其它國家，國內在減搖鰭研究方面開始的較晚，直到 20 世哈爾濱工程大學最早完成了首臺減搖鰭的樣機的設計和生產(chǎn)機的船舶進行了實際航海測試實驗，結果表明取得良好的減

圖 1.3 減搖鰭裝船圖 1.4 減搖鰭液壓控制系統(tǒng)減搖水艙能夠解決零航速下的船體震蕩，依據(jù)設計主要分為主動式和被動式兩種。動式減搖水艙一般需要在船體中留出了一個巨大的 U 型槽，灌入定量的水，通過增加尼達到穩(wěn)定船體的目的，減搖水艙最佳的作用效果能夠減少波動幅值的百分之五十以[10]。但是這種減搖方式有效減搖的波浪頻率較窄，設計不合理的話減搖效果會有加劇

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2792369