本文關(guān)鍵詞：POD推進船舶操縱數(shù)學(xué)模型與智能控制

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【摘要】：隨著海上運輸和船舶工業(yè)的快速發(fā)展,吊艙推進器(Podded Propulsor,POD)作為一種新型推進裝置在船舶電力推進系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用,越來越受到人們的關(guān)注。推進電機驅(qū)動POD裝置的螺旋槳推動船舶前進,省去了傳統(tǒng)船舶的舵機裝置,POD本身可以360度旋轉(zhuǎn),可驅(qū)動船舶更有效地完成轉(zhuǎn)向,倒車等運動。POD推進船舶有著諸多優(yōu)點,比如經(jīng)濟性,布置的靈活性,維護的便捷性等,有著極其廣泛的應(yīng)用前景。本論文對于POD推進船舶的操縱運動數(shù)學(xué)模型建立和航向智能控制進行較系統(tǒng)的研究,完成了以下研究工作。(1)針對POD推進船舶,論文應(yīng)用MMG分離型建模機理,給出模型中多種流體動力和力矩的合理計算方法,建立了 POD推進船舶操縱數(shù)學(xué)模型。通過與Nomoto整體型模型和實船數(shù)據(jù)的對比,驗證了模型的準(zhǔn)確性。(2)進行了 POD推進船舶運動仿真及操縱性研究。論文基于POD推進的"泰安口"輪的實船參數(shù),在MATLAB平臺下進行計算,通過回轉(zhuǎn)試驗和Z形試驗仿真結(jié)果討論分析了該POD推進船舶的操縱性。從仿真結(jié)果與實船數(shù)據(jù)的對比看出,該模型的誤差較小。并與傳統(tǒng)船舶進行操縱性對比分析,研究吊艙推進船舶操縱性的優(yōu)勢。(3)較為詳細(xì)地討論了 POD推進船舶的航向控制問題,對于常規(guī)PID控制器進行改進,設(shè)計了變參數(shù)PID控制器,又針對其存在的問題設(shè)計了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器,仿真結(jié)果表明控制器能夠達到預(yù)計的控制效果。(4)針對PID智能控制中存在的問題,提出了采用自抗擾控制策略加入擾動估計和動態(tài)補償?shù)母倪M方法,設(shè)計了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自抗擾航向控制器。根據(jù)這種思想將自抗擾控制器應(yīng)用于POD推進船舶的航向控制問題上,并將訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)嵌入自抗擾控制器中,有效地提高了控制品質(zhì),使航向控制更為精確。
【關(guān)鍵詞】：船舶運動模型 吊艙式推進器 船舶操縱性 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 自抗擾控制器
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 論文的研究背景及意義10-11
• 1.2 POD推進器的研究現(xiàn)狀11
• 1.3 船舶操縱數(shù)學(xué)模型與智能控制的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 POD推進船舶操縱數(shù)學(xué)模型15-30
• 2.1 POD推進船舶操縱數(shù)學(xué)模型15-18
• 2.1.1 船舶運動坐標(biāo)系15-16
• 2.1.2 船舶運動方程的建立16-18
• 2.1.3 船舶運動參數(shù)的無量綱化18
• 2.2 船體流體動力和力矩18-23
• 2.2.1 慣性類流體動力及力矩19
• 2.2.2 粘性類流體動力及力矩的計算19-23
• 2.3 POD產(chǎn)生的力和力矩23-27
• 2.3.1 伴流系數(shù)和推力減額系數(shù)的計算23-25
• 2.3.2 POD推力矢量模型25-27
• 2.4 作用于船體的環(huán)境干擾力相力矩27-29
• 2.4.1 風(fēng)的數(shù)學(xué)模型27-28
• 2.4.2 浪的數(shù)學(xué)模型28-29
• 2.4.3 流的干擾數(shù)學(xué)模型29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第3章 POD推進船舶運動仿真及操縱性研究30-39
• 3.1 船舶操縱性理論30-31
• 3.2 POD推進船舶操縱數(shù)學(xué)模型的仿真實現(xiàn)31-34
• 3.2.1 旋回實驗31-33
• 3.2.2 Z形實驗33-34
• 3.3 仿真結(jié)果分析34-38
• 3.3.1 模型準(zhǔn)確性分析34-36
• 3.3.2 POD推進船舶操縱性能分析36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第4章 POD推進船舶智能PID航向控制器研究39-49
• 4.1 POD推進船舶航向控制問題概述39-41
• 4.2 一種變參數(shù)PID控制器41-42
• 4.2.1 變參數(shù)PID控制器的結(jié)構(gòu)41
• 4.2.2 變參數(shù)PID控制器的增益計算41-42
• 4.3 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PID控制42-45
• 4.3.1 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)42-43
• 4.3.2 被控對象Jacobian信息的辨識算法43-44
• 4.3.3 RBF網(wǎng)絡(luò)PID整定原理44-45
• 4.4 POD推進船舶智能PID航向控制仿真45-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第5章 POD推進船舶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾航向智能控制49-60
• 5.1 自抗擾控制及其在航向控制上的應(yīng)用49-54
• 5.1.1 自抗擾控制簡介49
• 5.1.2 自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)49-52
• 5.1.3 自抗擾控制器在航向控制上的應(yīng)用52-54
• 5.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制器設(shè)計54-59
• 5.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制器結(jié)構(gòu)54-55
• 5.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制器在航向控制上的應(yīng)用55-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 第6章 結(jié)論與展望60-62
• 6.1 結(jié)論60
• 6.2 展望與不足60-62
• 參考文獻62-65
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文65-66
• 致謝66-67
• 作者簡介67

【參考文獻】

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本文編號：879427