本文關(guān)鍵詞：基于航向目標軌跡的船舶操縱的參數(shù)設計與仿真

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【摘要】：隨著航運事業(yè)的發(fā)展,船舶逐步朝向大型化、高速化、智能化方向發(fā)展。超大型船舶在航行時,具有很大的慣性,對船舶的操縱控制要求高。另一方面,航運量的不斷增大,船舶航行密度越來越大,航道及港口變得相對狹窄,船舶操縱變得更加困難和復雜。為保證安全,提高航行的經(jīng)濟性,對船舶的操縱性能提出了更高的要求,因而有必要采用新的控制理論和技術(shù),研究性能更好的船舶操縱控制策略。伴隨著自動控制理論和技術(shù)的發(fā)展,二十世紀五十年代古典控制理論被應用到船舶控制系統(tǒng)的研究,其研究的產(chǎn)物——PID自動舵現(xiàn)今被稱為第一代自動舵；七十年代末,模型參考自適應控制和最小方差自校正控制等自適應控制技術(shù)又相繼應用于自動舵的研制,由此誕生了自適應自動舵。然而,由于船舶運動的復雜性以及其受到的環(huán)境影響是隨機的、難以預測的,因此,上述控制算法均未能徹底解決船舶航向的控制問題。直至九十年代研究發(fā)現(xiàn),以往研究船的搖蕩運動往往是以船舶的搖蕩運動與操縱運動時可分離的假設為前提進行的,而實際上操舵對搖蕩運動有很大的影響,特別是對橫搖與艏搖。船速高、重心高度大、穩(wěn)定性差的船,橫傾對水平面運動影響比較大,在回轉(zhuǎn)時表現(xiàn)更為突出,甚至在回轉(zhuǎn)時會有傾覆的可能；操舵會產(chǎn)生橫傾力矩而影響船的橫搖。船體運行于較大波浪中時,船體的水平作用力的作用點與重心不在同一高度,因此也會產(chǎn)生橫傾力矩�？梢�,橫搖運動與水平面運動時強力耦合的,而這種相互耦合的運動根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可被擬合為多種非線性函數(shù)的形式�？梢姶暗倪\動本質(zhì)是耦合非線性、大干擾的過程,所以有必要基于船舶的非線性運動模型進行控制系統(tǒng)設計。本文首先建立船舶數(shù)學模型,對船舶航行過程中的由風、浪等自然條件形成的船舶受力情況進行分析,重點確定主要航向影響參數(shù)；其次選定直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機作為航向改變設備,分析其工作原理,設計滿足航向改變需求的直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機伺服系統(tǒng)參數(shù),并通過建模、仿真對其穩(wěn)定性及跟蹤性能進行分析；最后對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡在船舶航跡控制領域的應用進行分析,設計相應船舶航向／航跡神經(jīng)網(wǎng)絡控制器,通過仿真驗證控制器可行性,從而實現(xiàn)船舶由航向改變過渡至航跡保持的目標,即基于航向目標軌跡的船舶操縱的參數(shù)設計與仿真這一課題目標。
【關(guān)鍵詞】：船舶航向 船舶航跡 直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題來源及研究意義9
• 1.2 船舶航向控制概述9-11
• 1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡控制的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.4 本章小結(jié)12-13
• 第2章 船舶運動及建模13-32
• 2.1 參考坐標系13
• 2.2 船舶六自由度運動建模13-17
• 2.2.1 平移運動三方程14-15
• 2.2.2 旋轉(zhuǎn)運動三方程15-17
• 2.2.3 空間六自由度一般方程17
• 2.3 船舶運動模型簡化17-21
• 2.3.1 船舶四自由度耦合運動方程18
• 2.3.2 船舶水平面運動線性化模型18-21
• 2.4 船舶運動模型參數(shù)的計算21-27
• 2.4.1 附加質(zhì)量和附加慣性矩的估算21-22
• 2.4.2 耦合運動模型黏性水動力系數(shù)的估算22-25
• 2.4.3 線性模型黏性水動力系數(shù)的估算25-26
• 2.4.4 船舶耦合運動模型水動力系數(shù)計算結(jié)果26-27
• 2.4.5 船舶線性簡化模型水動力系數(shù)計算結(jié)果27
• 2.5 環(huán)境干擾建模27-30
• 2.5.1 浪干擾建模27-29
• 2.5.2 風干擾建模29
• 2.5.3 水流干擾建模29-30
• 2.6 船舶運動仿真分析30-31
• 2.7 本章小結(jié)31-32
• 第3章 直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機伺服系統(tǒng)32-46
• 3.1 直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機伺服系統(tǒng)簡述32
• 3.2 直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機的組成結(jié)構(gòu)32-33
• 3.2.1 變頻調(diào)速機構(gòu)32-33
• 3.2.2 動力泵機構(gòu)33
• 3.2.3 轉(zhuǎn)葉式馬達33
• 3.3 直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機系統(tǒng)的工作原理33-34
• 3.4 直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機數(shù)學模型的建立34-42
• 3.4.1 變頻調(diào)速環(huán)節(jié)34-37
• 3.4.2 液壓動力環(huán)節(jié)37-39
• 3.4.3 直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機的線性數(shù)學模型39
• 3.4.4 直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機系統(tǒng)的參數(shù)確定39-40
• 3.4.5 直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機的穩(wěn)定性研究40-41
• 3.4.6 PID控制器的參數(shù)自調(diào)節(jié)41-42
• 3.5 系統(tǒng)的仿真研究42-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第4章 船舶航跡/航向神經(jīng)網(wǎng)絡建模及仿真46-57
• 4.1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡46
• 4.2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制器的設計46-47
• 4.3 船舶航跡/航向控制過程分析47-50
• 4.3.1 航跡回歸階段分析48
• 4.3.2 航跡保持階段分析48-50
• 4.4 船舶航跡/航向神經(jīng)網(wǎng)絡控制器結(jié)構(gòu)設計50-53
• 4.4.1 前件網(wǎng)絡52-53
• 4.4.2 后件網(wǎng)絡53
• 4.5 基于免疫模糊遺傳算法的優(yōu)化設計53
• 4.6 船舶航跡/航向神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)仿真53-56
• 4.6.1 船舶初始狀態(tài)及期望航跡設計54
• 4.6.2 船舶航跡/航向系統(tǒng)仿真原理圖54
• 4.6.3 仿真結(jié)果54-56
• 4.7 本章小結(jié)56-57
• 第5章 總結(jié)與展望57-58
• 參考文獻58-59

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 蔣丹東,朱利民,賈欣樂;智能式航跡自動舵的海上試驗研究[J];中國造船;1998年03期

2 胡耀華,賈欣樂;廣義預測控制應用于船舶航向和航跡保持[J];中國造船;1998年01期

3 叢望;趙國良;;航跡保持指數(shù)控制算法[J];應用科技;1989年01期

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本文編號：921439