本文關鍵詞：船舶橫搖運動仿真與減搖鰭控制系統(tǒng)的研究

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【摘要】：船舶在航行過程中由于受到海浪的干擾,會產生六個自由度運動,其中以橫搖運動最為劇烈。船舶的橫搖運動不僅會影響船舶的適航性以及船員的舒適性,嚴重時還會造成船舶傾覆等災難性的后果。如何有效減小船舶橫搖運動是船舶運動控制領域的熱門課題。本文采用減搖鰭作為研究對象,通過仿真數(shù)據(jù)分析驗證了減搖鰭的減搖性能,并且設計了基于C8051F040的減搖鰭控制器,實現(xiàn)減搖鰭控制系統(tǒng)的部分功能。在船舶橫搖運動建模過程中首先建立海洋環(huán)境,以海浪波傾角仿真數(shù)據(jù)為輸入,船舶橫搖運動數(shù)學模型為載體,得到船舶橫搖角的仿真輸出。然后建立減搖鰭系統(tǒng)的數(shù)學模型,在Simulink中搭建模型框圖,得到有減搖鰭船舶和無減搖裝置船舶在同一海況下的橫搖角仿真曲線,從而驗證減搖鰭的減搖性能。減搖鰭控制系統(tǒng)的作用是通過采集船舶橫搖角度輸出對應的鰭角指令,該指令進入隨動系統(tǒng)驅動鰭葉轉動,從而達到減搖目的。本文設計了基于C8051F040的減搖鰭控制器,另外通過MPU6050陀螺儀傳感器采集橫搖角度,陀螺儀與主控芯片通過串行通道通信,由于實驗環(huán)境有限,無法實現(xiàn)實船減搖鰭的電液隨動系統(tǒng),因此采用SG90servo電機來代替減搖鰭的驅動機構。最終實現(xiàn)了減搖鰭控制系統(tǒng)的基本功能,并設計了基于LabVEW的橫搖狀態(tài)顯示界面。
【關鍵詞】：橫搖運動 減搖鰭 C8051F040 控制器
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U664.72;U661.321
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題的研究背景及意義9
• 1.2 減搖鰭技術國內外發(fā)展現(xiàn)狀9-11
• 1.3 嵌入式微控制器發(fā)展概況11-12
• 1.4 本論文研究內容12-14
• 第2章 不規(guī)則海浪仿真及船舶橫搖運動數(shù)學建模14-27
• 2.1 隨機海浪的建模與仿真14-18
• 2.1.1 長峰波海浪波能譜14-16
• 2.1.2 長峰波波傾角仿真16-18
• 2.2 船舶橫搖運動數(shù)學建模與仿真18-25
• 2.2.1 船舶橫搖的受力分析18-21
• 2.2.2 船舶橫搖運動數(shù)學建模21-24
• 2.2.3 船舶橫搖運動仿真24-25
• 2.3 本章小結25-27
• 第3章 船舶減搖鰭控制系統(tǒng)原理及仿真27-45
• 3.1 減搖鰭工作原理27-30
• 3.2 減搖鰭控制系統(tǒng)的組成30
• 3.3 減搖鰭系統(tǒng)各部分傳遞函數(shù)30-37
• 3.4 減搖鰭PID控制算法37-41
• 3.5 減搖鰭控制系統(tǒng)仿真41-44
• 3.6 本章小結44-45
• 第4章 基于C8051的減搖鰭控制器硬件設計45-61
• 4.1 C8051F單片機介紹45-50
• 4.1.1 C8051F040內核46-47
• 4.1.2 存儲器47-48
• 4.1.3 數(shù)字外設48-50
• 4.1.4 時鐘源50
• 4.1.5 片內JTAG調試和邊界掃描50
• 4.2 減搖鰭控制系統(tǒng)設計思想50-52
• 4.3 減搖鰭控制系統(tǒng)電路設計52-56
• 4.3.1 船舶橫搖角采集單元設計52-54
• 4.3.2 船舶航速采集單元設計54-55
• 4.3.3 時鐘和復位電路設計55-56
• 4.4 執(zhí)行機構設計56-58
• 4.5 減搖鰭控制系統(tǒng)硬件綜合設計58-60
• 4.6 本章小結60-61
• 第5章 減搖鰭控制器軟件設計61-72
• 5.1 減搖鰭控制器軟件設計思想61-63
• 5.2 C8051F040初始化63-64
• 5.3 橫搖角度計算64-65
• 5.4 航速靈敏度調節(jié)軟件設計65-66
• 5.5 浪級靈敏度調節(jié)軟件設計66-68
• 5.6 生搖控制模塊以及手動控制模塊軟件設計68-70
• 5.7 減搖鰭控制器顯示功能設計70
• 5.7.1 航速顯示70
• 5.7.2 基于LabVIEW的橫搖狀態(tài)顯示70
• 5.8 本章小結70-72
• 結論72-73
• 參考文獻73-76
• 附錄A 減搖鰭控制器部分功能實現(xiàn)代碼76-80
• 附錄B 顯示橫搖狀態(tài)的LabVIEW程序框圖80-81
• 致謝81-82
• 研究生履歷82

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 葉麗娜;C8051F與80C51系列單片機的不同初始化[J];國外電子元器件;2004年03期

2 艾瑞財;C8051F020單片機應用于船用減搖鰭控制系統(tǒng)的SFR初始化[J];應用科技;2003年06期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 蘇作靖;“育鯤”輪參數(shù)橫搖的數(shù)值模擬及分析[D];大連海事大學;2011年

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本文編號：832807