基于模型预测的主动式减摇水舱约束控制

由于边舱高度有限,减摇水舱中的流体在水舱内运动时会引起饱和非线性,给舱内流体运动的估计与控制带来困难.针对饱和非线性所带来的控制问题,建立船舶-水舱系统模型,同时基于约束条件设计了模型预测控制(MPC)策略.仿真结果表明,该控制策略在减少主动式水舱高能耗的同时,增强了对水舱内流体的控制,有效提高了水舱系统的减摇效果.     

船舶可控被动式减摇水舱的试验研究

可控被动式减摇水舱是一种新型高性能的船舶减摇装置,它是对被动式减摇水舱的一种改进.通过对气体的受力进行分析,推导了气阀的控制方程,在查德惠克U型被动式减摇水舱理论的基础上,建立了"船舶-可控被动式减摇水舱"系统的数学模型,推导了最佳控制策略的理论依据,当横摇角度与边舱液位的相位差成90°时,可控被动式减摇水舱能够得到最大的减摇力矩,减摇效果最佳.通过摇摆台试验确定了水舱模型的固有周期,实现了气阀开启和关闭的最佳控制问题,为实船装备可控被动式减摇水舱提供了试验数据和参考依据.     

减摇水舱挡板开度对稳定矩影响的研究

水舱阻尼是影响减摇水舱减摇性能的重要因素,在减摇水舱的工程应用中,如何获得最佳的水舱阻尼成为水舱设计最关键的环节之一。一般情况下,可以通过调节水舱挡板来改变水舱底部通道截面积的大小,以达到改善水舱阻尼的目的。本文利用FLUENT软件,计算了二维水舱模型中不同挡板开度条件下水舱稳定矩的变化,得到该仿真模型最佳阻尼所对应的挡板开度的参考数值,并与减摇水舱台架试验的结果进行比较,表明了利用数值仿真的方法来研究水舱阻尼是可行的,该数值仿真的结果是合理的。     

U型水舱在船舶中的垂向布置问题

基于“船舶－被动式U型减摇水舱”系统运动微分方程，分析了U型减摇水舱在船舶中的垂向位置对船舶横摇质量惯性矩、横摇复原系数、横摇固有频率、船舶与水舱的耦合惯性矩等系统方程参数及对船舶横摇运动和舱内液体运动的影响。结果表明，水舱垂向位置高船舶横摇中心越远，由舱内液体引起的船舶横摇质量惯性矩和横摇复原系数越大，船舶横摇固有频率则越小。而耦合惯性矩则随水舱布置高度的变化呈减小的趋势。对于各种不同类型的船舶，存在一个使舱内液体不发生振荡的奇异位置，这时水舱不产生任何的减摇效果，船舶的横摇运动与不安装水舱时相同。利用我校所研制的减摇水舱模型性能摇摆台进行了水舱模型不同垂向布置时的强迫振荡试验，试验结果与仿真结果具有很好的一致性。指出了除水舱固有频率和水舱阻尼外，水舱在船舶中的垂直方向位置也是影响水舱减摇性能和船舶减摇后的横摇运动的主要因素之一，在减摇水舱设计初期应当予以考虑。     

减摇水舱试验台架系统无模型自适应控制

结合无模型控制的优点,首次将无模型控制理论应用到船舶减摇控制系统中.减摇水舱试验台架电液力矩伺服系统所采取的控制策略是设计减摇水舱试验台架的关键,针对模型控制策略对非线性系统的控制在应用中表现出的不足和局限性,采用无模型控制律对电液伺服系统控制器进行了设计和仿真研究.仿真结果表明:无模型控制器表现出优良的控制品质,跟踪性能良好,具有结构适应性,系统符合设计要求.     

基于万吨溢油回收船的平面被动式减摇水舱优化及模型试验研究

为了进一步掌握平面被动式减摇水舱中水位变化对减摇效率的影响规律,为减摇水舱总体设计提供参考。根据目标船和减摇水舱结构特点,选择5档水舱水位和无水状态分别进行静水横摇衰减模型试验、规则波模型试验和4级海况不规则波模型试验,针对减摇水舱水位变化对目标船固有周期、阻尼特性、减摇效率的影响规律进行分析,确定最佳水位区间。研究结果表明,水舱水位增加对目标船横摇固有周期和阻尼系数都有影响,水舱水位在水舱总高50%以内,减摇效率随水位增加而提高,在50%~60%之间减摇效率最高,超过60%时,减摇效率有降低趋势。     

可控式U型被动减摇水舱的减摇效果

建立了船舶-水舱系统的运动方程,分析了U型减摇水舱对船舶的作用,导出了反映可控式U型被动减摇水舱设计减摇能力容量的理想减摇效果的计算公式.定义了反映水舱安装高度对理想减摇效果影响的横向特征面积,定义了影响水舱固有振荡周期和理想减摇效果的水柱特征长度.指出了设计使横向特征面积越小或者使水柱特征长度越大或者使振荡阻尼系数越小皆有利于提高理想减摇效果.     

参数频率响应法在"双水舱"系统中的应用

使用两个具有不同固有频率的被动式U型减摇水舱能给横稳心高变化范围很宽的船舶提供很好的减摇效果,本文给出了参数频率响应法,推导了装备两个具有不同固有频率的被动式U型减摇水舱的船舶横摇频率响应函数,分析了影响船舶横摇频率响应幅值的水舱参数。通过仿真详细研究了水舱参数对船舶横摇减摇的影响。研究结果对于双被动式U型减摇水舱的设计具有重要的指导作用。     

U型水舱结构阻尼对减摇性能影响的数值计算研究

水舱的结构阻尼是影响减摇效果的重要因素之一,目前阻尼最常用的研究方法是模型衰减试验。本文在验证了数值方法准确性的基础上,通过基于VOF方法全尺度CFD数值计算,比较了三种不同阻尼结构的水舱周期和阻尼的变化,并在此基础上进行强迫振荡模拟,对比三种结构的水舱抗摇力矩及其相位的变化,最后本文提出了一种基于数值计算的评估水舱在规则波中减摇效果的方法,结果表明该评估方法能够很好地反映阻尼结构对水舱减摇效果的影响,在水舱的设计中可作为阻尼结构的设计依据。     

可控被动式减摇水舱气阀控制规律研究

可控被动式减摇水舱是对被动式减摇水舱的一种改进.文章在可控被动式减摇水舱系统数学模型的基础上,推导了最佳控制相位的理论依据,并对气阀开启和关闭时刻的选取进行了研究.对不规则波的仿真结果表明,根据船舶的横摇角速度进行气阀控制,满足最佳控制相位是行之有效的,它使可控被动式减摇水舱的减摇能力最大,减摇效果更佳.     

Influence of sway motion on passive anti-rolling tank

1Introduction Thepassiveanti rollingtankisoneoftheshipstabiliz erssuccessfullyusedallovertheworld.Itisapplicable toreducetherollingatanyspeed,especiallyfitsfor theshipsatlowspeedorzerospeed.Atpresent,the theoryaboutthepassiveanti rollingtankisfairlyma tur…     

基于万吨溢油回收船的平面被动式减摇水舱优化和模型试验

为进一步掌握平面被动式减摇水舱内水位的变化对减摇效率的影响规律,以某万吨级溢油回收船为研究对象,选择5档水舱水位和无水状态分别进行静水横摇衰减模型试验、规则波模型试验和4级海况下的不规则波模型试验,对减摇水舱内水位的变化对目标船固有周期、阻尼特性和减摇效率的影响规律进行对比分析。研究结果表明:水舱内的水位增加对目标船的横摇固有周期和阻尼系数都有影响;当水舱内的水位在水舱总高的50%以内时,减摇效率随水位的增加而提高;当水舱内的水位在水舱总高的50%~60%范围内时,减摇效率最高;当水舱内的水位在水舱总高的60%以上时,减摇效率有下降的趋势。     

Research on the influence of action between fin and anti-rolling tank on the integrated stabilization effect

Through analyzing the roll model of the integrated system of fin and anti-rolling tank, this paper uses binomial equation to simplify the module and check how the approximate parameters simulate the original function. Based on the simplified module, the influence of fin and anti-rolling tank on the coefficient items of the roll module is discussed, and the influencing factors between fin and anti-rolling tank are analysed. And through simulation, the influence of action between fin and anti-rolling tank on the static characteristics, and the integrated stabilization effect, are analyzed.     

可控式被动减摇水舱最佳相位PD控制策略研究

在"船舶-可控式被动减摇水舱"系统数学模型的基础上,综合船舶横摇运动信息设计最佳相位PD控制器,并对可控式被动减摇水舱气阀的开启和关闭进行控制。在不规则波下的仿真结果表明,与常规控制相比,采用最佳相位PD控制策略能够取得更好的减摇效果,最大程度上发挥可控式被动减摇水舱的减摇能力。     

减摇水舱的固有频率和阻尼研究与试验分析

减摇水舱是一种减小船舶横摇,抵抗横倾的常用装置.设计减摇水舱最重要的两个参数是固有频率和阻尼.目前常用的确定减摇水舱固有频率和阻尼的方法大致分两种:一是利用流体力学理论分析或者经验公式进行计算;二是通过试验的方式来测得.由于减摇水舱内水的流动特性比较复杂,所以理论计算十分复杂,而且得到的结果误差也比较大.经验公式只可作为粗略估计.试验的方式对实验台和船模的硬件要求比较高,而且周期比较长.文章提出了一种利用CFD软件进行仿真计算确定水舱固有频率和阻尼的新方法,并且和水舱摇摆台试验结果进行了对照,证明了其可行性和准确性.     

减摇鳍/水舱联合减摇系统模糊自适应滑模控制

针对减摇鳍和被动式减摇水舱设备在不同航速下的减摇特点,建立了船舶减摇鳍/水舱联合减摇系统的横摇数学模型。结合模糊自适应控制良好的逼近特性和滑模控制算法对扰动和模型参数变化的不灵敏性,设计了减摇鳍/水舱联合减摇系统的模糊自适应滑模控制器。采用实船参数的仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的自适应性和鲁棒性,减摇鳍/水舱联合减摇控制系统在不同海况和不同航速下均具有良好的减摇效果。