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零航速下减摇鳍的运动规律与能量优化研究

赵淑香

   船舶在水面上航行,受到海风、波浪等随机干扰后,会产生复杂的非线性运动。这些运动对船舶的正常行驶和功能实现有很大影响,尤其是船舶的横摇。不仅仅是中高航速状态下的船舶,对于一些停泊在码头或海面上的科考船来说,此时的横摇更是不可忽视的。 传统减摇鳍产生升力主要是利用船舶主机的能量将鳍转到某一固定角度,由水流的作用产生升力对抗海浪的干扰力,但船舶处于零航速时,没有来流速度,零航速减摇鳍主要是由鳍绕鳍轴在水平面内主动拍动来产生升力的,这种拍动所需的动力完全由伺服系统提供,对于能量有限的船舶来讲,这种能量消耗给船舶带来沉重的负担。目前大多数关于零航速减摇鳍的文献都是以升力建模为主的,对于减摇鳍消耗的能量问题几乎无人涉及,本文的工作主要是针对零航速减摇鳍的能量优化问题展开讨论并进行分析。 首先,介绍了课题的来源,减摇鳍及其控制系统的发展概况,又详细阐述了传统减摇鳍和零航速减摇鳍的减摇原理。在此基础上逐步展开零航速减摇鳍的能量优化分析。减摇鳍的能量优化不仅仅与控制系统有关,更与鳍形本身有关。课题通过对减摇鳍在中高航速下航行状态的分析,并保证在中高航速下有效减摇的同时,对零航速减摇鳍的鳍形选择进行了深入分析和研究。 其次,零航速减摇鳍的能量消耗也与控制系统有关。本文选用遗传算法对PID控制器的参数进行优化,优化参数后的控制器使减摇鳍的工作效率有明显提升,间接地为系统节省了能量。 最后,为船舶设定了0 .5裕度,这样既可以满足减摇要求,对船上人员的舒适性不产生影响,又能为系统节省能量。根据船舶参数和鳍形选择标准,选用合适的零航速减摇鳍,对减摇鳍工作前后船舶横摇角及能量消耗进行仿真,并加以分析。通过验证,一系列的优化措施为伺服系统节省了能量,达到了能量优化的目的。……   
[关键词]:零航速减摇鳍;伺服系统;鳍形选择;能量优化
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2010年