船舶運(yùn)動(dòng)建模與特性仿真研究

船舶運(yùn)動(dòng)建模與特性仿真研究

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1、武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文船舶運(yùn)動(dòng)建模與特性仿真研究姓名:李修強(qiáng)申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):輪機(jī)工程指導(dǎo)教師:陳輝20100501武漢理一I:人學(xué)碩七學(xué)位論文摘要分析船舶的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和控制方法可以通過海上實(shí)驗(yàn),但實(shí)船海上實(shí)驗(yàn)存在成本高,周期長,而且具有一定的危險(xiǎn)性等缺點(diǎn)。而利用船舶運(yùn)動(dòng)模型,通過仿真的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)克服了上述限制,可以在~定程度上反映船舶運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,替代部分海上實(shí)驗(yàn)。因此,研究船舶的受力狀況和數(shù)學(xué)模型對研究船舶運(yùn)動(dòng)控制及海洋平臺(tái)的動(dòng)力定位均具有重要意義,在開發(fā)各種推進(jìn)方式的船舶模擬器中也具有重要地位。

2、本文通過對船舶受力和系統(tǒng)各組成部件運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律的分析,建立了船舶三自由度運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,并考慮了環(huán)境干擾力對船舶運(yùn)動(dòng)的影響,進(jìn)行了相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn),對船舶運(yùn)動(dòng)位置和航向變化進(jìn)行了分析。本文的主要工作如下:(1)介紹了研究船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)的坐標(biāo)系統(tǒng),船舶在運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的各種形式的作用力,影響螺旋槳推力和轉(zhuǎn)矩的因素,以及船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)船體和螺旋槳的相互作用。(2)研究了四象限螺旋槳特性及其解析形式,探討了螺旋槳有效推力和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算、船舶附加質(zhì)量和船舶阻力的相關(guān)內(nèi)容,并建立了船.機(jī).槳系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。(3)在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立

3、基于MATLAB/simuliIll(的仿真模型,并進(jìn)行船舶典型工況仿真實(shí)驗(yàn),通過與KONGSBERG軟件運(yùn)行結(jié)果的對比,表明本文所建模型可以反映船槳系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。(4)分析了船舶運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和環(huán)境干擾力的特點(diǎn),根據(jù)船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律建立了船舶三自由度運(yùn)動(dòng)方程,計(jì)算了質(zhì)量陣和阻尼陣,并將運(yùn)動(dòng)方程表示為狀態(tài)空間形式,然后對設(shè)定推力情況時(shí)的船舶運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了仿真研究,對船舶位置和航向受干擾力的影響進(jìn)行了分析。本文建立的船.機(jī).槳模型可以為電力推進(jìn)系統(tǒng)基于dSPACE的硬件在回路仿真研究提供參考,船舶三自由度運(yùn)動(dòng)模型可以在

4、一定程度上反映船舶的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,是船舶和海洋平臺(tái)動(dòng)力定位研究的探索。最后,對本文工作和存在的問題進(jìn)行了總結(jié),提出了下一步工作設(shè)想。關(guān)鍵詞:船舶運(yùn)動(dòng)模型,仿真研究,螺旋槳特性,MATLAB/Simulinl(武漢理一l:大學(xué)碩十學(xué)位論文AbstractMoV鋤entmles鋤dcontr01methodsofShipscallbe鋤a1),zedthrou曲shipexp嘶m鋤tsatsea,howeV%theseexp耐melltsareofhi曲cost,longcycle,柚dsometimeshaVes

5、ome—sks.IIlstead,simulationexpenmentsofshipmotionmodelcould0vercomemesedisadvaIltages,andtoacertainextent,theyc舳reflecttlleshipmoVementnlles,鋤dr印lacesomeoftheseaeXp甜meIlts.TherefIore,s觚螄ngforce獅dmath鋤aticalmodelsofshipsnotonlyhaLs伊eatsignificancetoshipmoti

6、oncontl講a11ddyn鋤icpositioningofoff.Shoreplatfo冊,butplaysaVeryimportalltroletothedeVelopmeIltofaVarietyofshipsimulator.Basedontheanalysistoforceandthelawofkinematicsofsystenlcomponentsofships,tllispaperestablishesShipmathelnaticalmodelinthreedeg聆esoff沁edom,

7、鋤dconsiderstheenViro姍entaldisturballceforceontheshipmoVelllellt,a11dthellrelatedsimulationeXp甜meIltsaredonewhilepoSitionandheadingchangesoftheShipmotionareaIlalyzed.(1)T11ispaperintroducesthecoordinatesyst鋤oftheshjp,V撕ollSfo冊sofforceitsu行打s,thefactorswhich

8、impactthepropellerthrust鋤dtorque,aIldtlleinteraCtionbe帆eeIltheshiphullaIldpropellermoV鋤ent.(2)Four-quadrantpropellercharacteristicsanditsanal”icalfo肌aresnldied,鋤d硪.ectiVepropellerthmstandtorquecalculationmeth

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