發(fā)布時(shí)間：2020-08-13 18:37

【摘要】：船舶在航行時(shí)受到海浪、海風(fēng)等外界擾動(dòng),不可避免會(huì)產(chǎn)生多自由度搖蕩運(yùn)動(dòng)。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(shè)備之一,且減搖裝置操縱性能的好壞直接影響船舶在復(fù)雜海洋環(huán)境下的穩(wěn)定性。減搖鰭作為一種主動(dòng)式減搖裝置,由于其減搖效果良好,被廣泛應(yīng)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(yù)測性,減搖鰭始終處于被動(dòng)狀態(tài)。為提高船舶減搖的效率,研究關(guān)于減搖鰭控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(yīng)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(shè)計(jì)具有穩(wěn)定性好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的控制器對(duì)減搖鰭控制系統(tǒng)的性能具有重要意義。同時(shí)為驗(yàn)證自抗擾控制在減搖鰭系統(tǒng)中的可行性,進(jìn)行了減搖鰭控制器實(shí)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(nèi)外減搖鰭的發(fā)展?fàn)顩r,對(duì)船舶在海浪中的受力進(jìn)行分析,引出基于“力矩對(duì)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(shí)船模型對(duì)減搖鰭控制系統(tǒng)各部分參數(shù)就進(jìn)行設(shè)置,同時(shí)對(duì)海浪、海浪譜以及橫搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模及仿真分析。其次,對(duì)自抗擾控制進(jìn)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(kuò)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(yīng)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型搭建合適的Simulink仿真框圖,對(duì)整個(gè)ADRC系統(tǒng)進(jìn)行仿真,反復(fù)驗(yàn)證得到合適的ADRC控制參數(shù)。然后,根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇了S3C2440處理器。根據(jù)實(shí)際控制器需求設(shè)計(jì)了硬件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。然后依次設(shè)計(jì)了系統(tǒng)電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、系統(tǒng)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換接口電路、JTAG調(diào)試接口設(shè)計(jì)和SD卡接口電路等主要外圍電路。最后,在硬件電路設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上,依據(jù)實(shí)際需求,對(duì)控制器系統(tǒng)進(jìn)行軟件開發(fā)。設(shè)計(jì)高質(zhì)量的啟動(dòng)代碼,配置合適的驅(qū)動(dòng)程序,為應(yīng)用程序的運(yùn)行創(chuàng)造了良好的運(yùn)行環(huán)境。并通過臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性。研究結(jié)果表明:針對(duì)自抗擾控制在減搖鰭中的應(yīng)用進(jìn)行了仿真分析,仿真結(jié)果表明自抗擾在減搖鰭應(yīng)用中取得了理想的結(jié)果,具有較好的減搖效果。以自抗擾控制為控制算法,設(shè)計(jì)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(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(shè)計(jì)的減搖鰭系統(tǒng)具有針對(duì)不同海況時(shí)的自適應(yīng)器對(duì)船舶橫搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測，經(jīng)先進(jìn)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(nèi)在減搖鰭研究方面開始的較晚，直到 20 世哈爾濱工程大學(xué)最早完成了首臺(tái)減搖鰭的樣機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)機(jī)的船舶進(jìn)行了實(shí)際航海測試實(shí)驗(yàn)，結(jié)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(shè)計(jì)主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。動(dòng)式減搖水艙一般需要在船體中留出了一個(gè)巨大的 U 型槽，灌入定量的水，通過增加尼達(dá)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(dòng)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(shè)計(jì)不合理的話減搖效果會(huì)有加劇

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2792369