針對(duì)我國目前湖泊水體污染嚴(yán)重,水體動(dòng)態(tài)參數(shù)監(jiān)測手段不足的現(xiàn)狀,本文以面向湖泊監(jiān)測的無人帆船為研究對(duì)象,以無人帆船對(duì)湖泊水體環(huán)境的自主監(jiān)測為研究目的,通過理論、仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的方法,對(duì)執(zhí)行湖泊水質(zhì)監(jiān)測任務(wù)時(shí)常見的虛擬錨定工況和巡航工況開展風(fēng)帆控制策略改進(jìn)研究。首先,完成面向湖泊監(jiān)測的無人帆船設(shè)計(jì)。采用母型船放縮法確定目標(biāo)船型平臺(tái)主尺度,并采用MAXSURF軟件進(jìn)行船舶型線設(shè)計(jì)和穩(wěn)性分析,確保無人帆船滿足在9m/s風(fēng)速以下橫傾角小于15°等航行要求:基于風(fēng)帆修形設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)目標(biāo)風(fēng)帆的關(guān)鍵特性參數(shù);搭建硬件電路系統(tǒng),形成以STM32F103ZET6為控制器,集風(fēng)向風(fēng)速傳感器、姿態(tài)及位置傳感器、無線通信模塊以及太陽能發(fā)電單元等多模塊為一體的硬件控制系統(tǒng)。為風(fēng)帆控制策略試驗(yàn)驗(yàn)證提供了可靠的試驗(yàn)基礎(chǔ)。其次,完成目標(biāo)風(fēng)帆空氣動(dòng)力特性研究。采用STAR-CCM+軟件對(duì)目標(biāo)風(fēng)帆進(jìn)行數(shù)值模擬,獲得目標(biāo)風(fēng)帆升力系數(shù)和阻力系數(shù),并結(jié)合帆船受力分析結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合評(píng)判,建立最大助推力下風(fēng)帆攻角控制策略,提出25°～180°相對(duì)風(fēng)向角范圍為目標(biāo)帆船可航行區(qū)域。為搭建帆船運(yùn)動(dòng)模型和對(duì)比試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。再次,針對(duì)無人帆船執(zhí)... 

【文章來源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 選題背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 湖泊監(jiān)測技術(shù)發(fā)展
        1.2.2 無人帆船控制技術(shù)發(fā)展
    1.3 主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線
        1.3.1 主要研究內(nèi)容
        1.3.2 研究技術(shù)路線
2 面向湖泊監(jiān)測的無人帆船設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    2.1 面向湖泊監(jiān)測的無人帆船設(shè)計(jì)指標(biāo)
    2.2 平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.2.1 風(fēng)帆動(dòng)力裝置
        2.2.2 船體設(shè)計(jì)
        2.2.3 船舵選型
        2.2.4 機(jī)構(gòu)制作與實(shí)現(xiàn)
    2.3 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
        2.3.1 控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)
        2.3.2 器件選型
        2.3.3 主要功能模塊電路設(shè)計(jì)
    2.4 小結(jié)
3 目標(biāo)風(fēng)帆空氣動(dòng)力特性研究
    3.1 風(fēng)帆空氣動(dòng)力特性理論分析
        3.1.1 風(fēng)帆受力理論分析
        3.1.2 風(fēng)帆攻角控制策略分析
    3.2 目標(biāo)風(fēng)帆空氣動(dòng)力性能計(jì)算
        3.2.1 控制方程
        3.2.2 近壁處理
        3.2.3 計(jì)算模型
        3.2.4 目標(biāo)風(fēng)帆數(shù)值模擬結(jié)果
    3.3 目標(biāo)風(fēng)帆最大助推力下風(fēng)帆攻角計(jì)算
    3.4 小結(jié)
4 虛擬錨定及巡航工況下的風(fēng)帆攻角控制策略研究
    4.1 無人帆船運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型及仿真模型
        4.1.1 運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型
        4.1.2 運(yùn)動(dòng)仿真模型
        4.1.3 模型驗(yàn)證
    4.2 虛擬錨定工況風(fēng)帆攻角控制策略研究
        4.2.1 虛擬錨定工況的評(píng)價(jià)指標(biāo)分析
        4.2.2 最小回轉(zhuǎn)直徑指標(biāo)下的風(fēng)帆攻角控制策略
    4.3 巡航工況風(fēng)帆攻角控制策略研究
        4.3.1 巡航工況的評(píng)價(jià)指標(biāo)分析
        4.3.2 最大航速指標(biāo)下的風(fēng)帆攻角控制策略
    4.4 小結(jié)
5 無人帆船控帆策略試驗(yàn)研究
    5.1 試驗(yàn)總體方案設(shè)計(jì)
    5.2 試驗(yàn)坐標(biāo)系規(guī)定
    5.3 無人帆船航行對(duì)比測試試驗(yàn)
        5.3.1 虛擬錨定工況下回轉(zhuǎn)航行對(duì)比測試試驗(yàn)
        5.3.2 巡航工況下定航向航行對(duì)比測試試驗(yàn)
    5.4 小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄A 船體穩(wěn)性計(jì)算
附錄B 風(fēng)帆特性參數(shù)對(duì)氣動(dòng)性能影響規(guī)律
附錄C 無人帆船定航向航行對(duì)比試驗(yàn)軌跡
致謝
作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于速度選擇切換型視線法的無人帆船循跡航行[J]. 袁鵬,徐泓燊,張雪飛,譚俊哲,王樹杰,惠文海.  中國艦船研究. 2020(01)
[2]我國高分辨率衛(wèi)星在湖泊監(jiān)測和保護(hù)中的應(yīng)用[J]. 孫亞勇,馬建威,黃詩峰.  衛(wèi)星應(yīng)用. 2019(11)
[3]基于模糊PID的無人帆船航向控制方法[J]. 張雪飛,袁鵬,譚俊哲,王樹杰,徐泓燊,孫燁.  中國艦船研究. 2019(06)
[4]輸入受限的非仿射無人帆船航向系統(tǒng)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制[J]. 沈智鵬,鄒天宇,郭坦坦.  控制理論與應(yīng)用. 2019(09)
[5]均勻風(fēng)下帆船的操縱可控區(qū)[J]. 張圓,沈智鵬.  大連海事大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(01)
[6]無人帆船研究現(xiàn)狀與展望[J]. 俞建成,孫朝陽,張艾群.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(24)
[7]水質(zhì)監(jiān)測無人船路徑規(guī)劃方法研究[J]. 呂揚(yáng)民,陸康麗,王梓.  智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用. 2019(01)
[8]基于CFD技術(shù)的無人帆船控帆策略研究[J]. 秦廣菲,李鑫,劉如磊,董立佳.  科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2018(33)
[9]中國湖泊環(huán)境治理與保護(hù)的思考[J]. 鄭丙輝.  民主與科學(xué). 2018(05)
[10]無人帆船長途路徑規(guī)劃研究[J]. 杜明樹,許勁松.  船舶工程. 2018(04)

博士論文
[1]風(fēng)翼—柴油機(jī)混合動(dòng)力船舶運(yùn)動(dòng)控制研究[D]. 王迪.大連海事大學(xué) 2018

碩士論文
[1]基于無人船的湖泊水質(zhì)監(jiān)測布局優(yōu)化[D]. 徐俊.廣西大學(xué) 2019
[2]110尺雙體帆船方案設(shè)計(jì)研究[D]. 張洋.大連理工大學(xué) 2019
[3]無人帆船路徑規(guī)劃研究[D]. 康夢(mèng)萁.上海交通大學(xué) 2016
[4]無人帆船循跡航行的控制研究[D]. 王倩.上海交通大學(xué) 2015
[5]大型遠(yuǎn)洋風(fēng)帆助航船舶航向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究[D]. 王國剛.武漢理工大學(xué) 2013
[6]玻璃鋼船體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究[D]. 王勇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3156556