船舶用风帆自动控制系统研究

风能是一种重要的清洁能源,利用风力风帆协助船舶航行,逐步成为一种理想的船舶节能减排措施。传统搭载风帆的船舶,其风帆的升降和风帆迎风角的改变基本靠人工来完成,这样不仅对于船舶作业人员来说劳动强度大,而且当风向发送改变时不能迅速、自动改变风帆的迎风角,操作具有一定的迟滞性,而且不能较为有效的利用风能。为了克服原始人工操帆过程中存在的这些问题和不足,本文对船舶用风帆自动控制系统进行研究,分析风帆的空气动力性能和控制方法,得到最佳帆位角和最佳操帆曲线的方法。在此基础对系统进行原理性的设计。系统操作简单,当风向改变时能自动改变风帆的迎风角,实现最佳的操帆曲线,为船舶提供最大的推进力,达到节约人力和节省资源的目的。     

冰区船舶操纵

本文详细分析了船舶在冰区航行时靠离码头，冰流中锚泊，冰中救助等冰区船舶操纵特殊情况，并总结经验。其对船舶在冰区安全航行具有很好指导意义。     

风帆助航典型船舶选型及其应用对策研究

针对目前风帆助航系统船舶选型及其应用的问题,探讨了风帆助航典型船舶的选型原则,分析了风帆助航船舶主机及风帆助航系统的应用限制因素。研究结果表明：油船和散货船可作为安装风帆助航系统的典型船舶,风帆助航船舶的主机操纵与风帆操纵都应遵循一定的限制因素,为风帆助航系统的应用提供了理论指导。     

辅助船舶航行的圆弧型风帆流体动力性能分析

以风能作为动力辅助船舶航行的风帆助航,是新能源应用于船舶航运中的重要途径.采用k-ε紊流模型方程描述圆弧型风帆流体动力学特性,并利用计算流体动力软件fluent,对圆弧型风帆迎风面上的压力分布、风帆产生的升力和阻力、拱度比等圆弧型风帆流体动力特性,以及并排组合风帆的动力特性进行了数值分析.圆筒风帆迎风面上的压力沿着圆筒面,顺风力方向逐渐减小.适当提高圆筒型风帆拱度,有利于风帆驱动船舶迎风航行.应调整风帆受的风力攻角,使风帆产生较大的船舶驱动力.并排风帆组合的各帆之间存在相互影响.针对圆筒型风帆流体动力特性的数值分析和风洞试验的结果一致.分析所得出的结果,可为开发商用风帆助航节能船舶提供一定的指导.     

船舶在长江浅区的操控研究

文章依据操纵理论和航行实践中的大量数据,采用归纳统计、数据拟合等方法,建立起能避免或减小浅区效应的数学模型,然后运用数学模型,以炜伦1号轮为例,定量研究航船在长江浅区的操控课题。     

船舶风帆助推应用问题研究

<正>全球能源日趋短缺,尽管金融危机曾导致油价一度下滑,航运业节能已成趋势;尤其是应对全球气候变暖,不仅是节能,还要减排,国际社会对船舶排放要求日益严格,开发可再生能源迫在眉睫。目前,新能源主要有原子能、太阳能、风能等。根据     

船舶横摇阻尼的CFD数值模拟研究

船舶横摇阻尼是影响参数横摇和瘫船稳性等大幅横摇运动的关键参数.文中基于非定常RANS方程在静水中对模型2792进行了自由横摇衰减的数值模拟,该模型是船舶第二代完整稳性衡准制定中瘫船稳性研究的国际标准船模,数值模拟中采用了两种网格类型,一种是滑移网格,另一种重叠网格.计算结果表明,数值模拟的自由横摇衰减曲线和模型试验结果吻合良好,另外CFD计算的横摇阻尼与试验值的误差小于Ikeda's经验公式计算的误差,证明非定常RANS方程可用于预报横摇阻尼.     

船队风浪中操纵可控区的计算

通过顶推和绑拖两种编队在长江A级航区风浪环境条件下航渡时操纵可控区的计算,建立了风浪环境条件保向性计算模型,给出了船体、转动导管(舵)水动力及风、浪环境力计算表达.计算结果表明就风浪中操纵控制能力而言,顶推编队好于绑拖编队,建议船坞编队航渡时采用顶推编队.     

北冰洋冰区航行的船舶操纵

船舶在北冰洋上航行遭遇的最大困难是冰区航行,处理不当可能会造成船毁人亡的海难事故.此文介绍船舶驾驶人员应了解的冰区航行的特点和掌握冰区航行船舶的操作方法,以安全通过北冰洋冰区,优质地完成营运和科考任务.     

风帆助航船非线性横摇倾覆概率研究

风帆助航技术为船舶利用可再生能源提供了途径,但随着横摇的幅度加大,导致船舶倾覆的概率也增大。文章采用数值分析的方法对风帆助航船舶的非线性横摇方程进行分析求解,对有风帆助航与无风帆助航船在风浪作用下产生倾覆的概率作了比较,为采用风帆助航技术的远洋船舶在符合初稳性和气象衡准稳性条件下的横摇倾覆防范提供研究思路。     

一种折叠式船舶风帆助航设计方案探讨

基于现有风帆助航船舶的设计方案,根据横向力系数和推力系数随拱度比的变化趋势选定风帆参数。该文设计了可折叠帆面、双列布置的风帆方案,解决风帆助航船舶风帆装置对甲板空间占用过大的问题,风况不利、船舶进出港以及装卸货物时亦可实现良好的收帆效果。该文以80000t船为例检验该设计方案对船体稳定性的影响,得出了该新型风帆设计方案可有效降低燃油消耗实现船舶节能减排,并满足船舶安全要求的结论。     

大潮差汽车滚装船接岸设施设计

分析丹东港潮差大、码头面高、到港船型种类多和跳板长度及夹角范围大的约束条件,汽车滚装船出现跳板无法与码头面搭接、不能进行装卸作业的情况,研究大潮差汽车滚装船接岸设施的设计思路和解决方案。通过趸船干舷高度适应汽车滚装船空满载的吃水变化,通过滚装升降桥的俯仰适应设计高低水位的变化,从而适应由于船舶空满载及潮差变化叠加引起的艉斜跳板高度的变化,实现汽车滚装船的顺利接卸。     

Development of a finite element modeling system for ship structures

In ship structural design, many structural analyses by the finite element method are carried out on models at several different scale levels; for example, a whole ship, cargo hold parts, and detailed structures. However, one serious problem with this design and analysis process is that the generation of the finite element models for a complex configuration is very difficult and laborious. To overcome this problem, an object oriented, finite element modeling system, MODIFY, has been developed by the authors. In this paper, the concept of the finite element modeling system and the techniques for the construction of the system are explained. First, the object oriented data structure of the system, based on the Part-Object concept, is proposed. In this concept, not only the geometry of the domain but also the analytical conditions, such as boundary conditions and material properties, and the finite element model, are represented by the object oriented data structure. By using this data structure, effective finite element model generation can be expected. Second, a mesh generation algorithm based on the frontal method is described. The original frontal method by S.H. Lo was improved for application to three-dimensional curved surfaces. A new inner node placement technique to make quadrilateral elements around stress concentrated areas is also proposed. These techniques are suitable for ship structures, and more accurate results from the finite element analysis can be expected. Moreover, the parallel mesh generation is implemented in MODIFY by using the client-server concept to accelerate mesh generation. Third, a prototype system for the automatic finite element model generation for different analysis levels is proposed. The system is based on the concept of the PD part, which is the part in the design and production stage, and automatic computing of the intersection between PD parts. The validity of this system is demonstrated by some examples.     

智能船舶航行功能测试验证的方法体系

  目的  智能航行控制系统作为智能船舶的大脑和中枢,其控制性能的好坏直接决定船舶航行的安全性和经济性,因此需要对船舶智能航行控制系统进行验证。面向智能船舶智能航行控制系统的验证问题,提出一种通用型验证平台——变稳船。  方法  首先,基于模型跟随原理提出一种变稳船系统架构,分析智能船舶三自由度上的运动特性,然后根据三自由度变稳目标定义位置变稳误差,采用滑模控制技术设计变稳控制器,最后,在Matlab软件中进行仿真验证。  结果  结果显示,提出的变稳控制方法能够有效跟踪模拟待模拟船,实现变稳性能。  结论  所做研究可为智能航行控制系统的验证提供新的思路。     

基于DSC的欠驱动船舶路径跟踪神经滑模控制

为进一步提高船舶路径跟踪的准确性和稳定性,针对欠驱动船舶易受外界环境的干扰和模型不确定等问题,提出一种基于动态面技术的神经网络滑模控制策略。在虚拟船逻辑制导算法的基础上,结合反步法对虚拟控制律进行设计,引入动态面技术对虚拟控制律的导数进行估计,避免因直接求导而增加计算负担。在动力学回路设计中,将径向基神经网络与滑模控制相结合,设计神经网络权重的自适应律,实现对系统非线性项的在线估计和对实际控制律的设计。采用Lyapunov直接法证明闭环系统的稳定性,并对一艘长为32m的单体船进行仿真试验。结果表明,该控制策略可行,能实现对欠驱动船舶路径的有效跟踪。     

基于鲁棒反馈线性化的船舶航向鲁棒内模控制

针对具有不确定项的船舶航向非线性数学模型,结合鲁棒反馈线性化方法和鲁棒内模控制算法设计出了船舶航向的鲁棒内模控制器.该方法先将船舶航向非线性数学模型鲁棒线性化,在补偿型船舶航向鲁棒控制律的基础上,设计出内模控制算法.鲁棒内模控制器中的反馈滤波器可以抑制参数摄动引起的实际输出与模型输出的误差,并对相关参数进行在线校正.以...     

船舶轴带无刷双馈电机并网滑模控制策略研究

为解决船舶轴带无刷双馈电机采用PI并网控制方案时动态响应性能不理想问题,结合滑模控制技术与矢量控制技术,提出基于指数趋近律的并网滑模控制策略.在Simulink平台上,分别对理想情况、电网电压波动、电机参数摄动情况下发电机输出端电压跟踪过程和并网过渡过程进行仿真分析.实验结果表明:滑模控制并网时差额电压几乎为零,功率绕...     

基于滑模变结构的船用永磁同步电机直接转矩控制

电力推进在船舶动力系统中应用得越来越多,本文对船用永磁同步电机直接转矩控制进行仿真研究.针对传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动较大,逆变器开关频率不稳定等问题,将滑模变结构控制策略引入.设计转矩和磁链2个滑模控制器,取代传统直接转矩控制中的2个滞环比较器,再运用空间矢量脉宽调制方法,控制电机运行.仿真结果表明这种控制策略能有效减小传统直接转矩控制存在的磁链和转矩脉动,实现逆变器开关频率恒定,并且对系统参数变化及外界扰动具有鲁棒性强的优点.     

基于快速终端滑模自抗扰的船舶曲线航迹跟踪控制

针对欠驱动船舶的曲线航迹跟踪问题,首先采用自抗扰控制技术,通过扩张状态观测器实时估计和补偿系统的内部和外界扰动,将非线性快速终端滑模引入误差反馈控制环节,并采用幂指数趋近律,设计出快速终端滑模-自抗扰控制律,提高系统的收敛速度和误差跟踪精度,减小系统的抖振;然后对野本船舶模型简化变形,构造降维方程,将航迹跟踪问题转化为航向镇定问题.Simulink仿真结果表明,控制器能够实现船舶对期望曲线航迹的快速、精确跟踪,具有良好控制效果.     

基于逼近的动态面二阶滑模的船舶航向跟踪控制

针对船舶航向非线性运动数学模型存在不确定性误差的情况下,提出一种新颖的动态面二阶滑模智能控制方法.首先采用动态面控制(DSC)技术,以消除传统Backstepping方法中存在的"计算爆炸"问题.为了削弱滑模控制中固有的抖振效应,提高系统的鲁棒性,引用了一种新颖的二阶滑模控制方法.然后直接利用径向基神经网络技术逼近模型误差,同时采用最少学习参数(MLP)技术,以减少控制器的计算负担,所设计的控制器可以保证闭环系统中所有信号一致最终有界,并使跟踪误差任意小,最后通过仿真验证所提算法的有效性.