减摇鳍控制策略优化

横摇是对船舶航行影响最大的运动,为减少船舶横摇人们发明了各种减摇手段,减摇鳍是其中最有效的一种。为提升减摇鳍的减摇效果,探索更优化的减摇鳍控制方法,文章主要研究减摇鳍的鳍角反馈与升力反馈之间的区别。研究结果表明:采用升力反馈可以避免采用鳍角反馈控制减摇鳍时在鳍角与升力计算中所产生的映射误差,避开了鳍角与升力间转换的不确定性,提高了减摇效果。     

减摇鳍升力反馈与鳍角反馈控制的对比

该文对照减摇鳍鳍角反馈控制系统，分析了升力反馈控制系统的原理与构成，由于升力反馈控制系统避开了鳍角到升力的不确定性，不需用鳍用到波倾角的转换系数Ka，不用航速调节，浪级调节的不同作用，故此控制具有系统结构简单可行，鲁棒性好及减摇效果高的优点。     

升力反馈控制减摇鳍系统

对减摇鳍的静态、动态水动力特性进行了分析研究,指出影响鳍的动态升力特性的本质原因.讨论了传统的鳍角反馈减摇鳍设计原理存在的问题,指出鳍角反馈在运动过程中不能正确反映鳍的动态水动力特性.在鳍角反馈的基础上,提出了升力反馈控制方式,通过直接测量鳍上的动态升力作为系统的反馈信号.以某型船的减摇鳍设计参数为参考,采用升力反馈控制,以必要的工程条件为限制条件,进行了角度反馈控制与升力反馈控制的对比仿真试验研究.仿真结果对比显示升力反馈控制可以有效弥补鳍角反馈控制方式存在的控制偏差,使减摇鳍系统的综合减摇能力得到显著提高.     

减摇鳍鳍角反馈失真分析

鳍角反馈装置是收放式减摇鳍装置的一个重要组成部份,它实时地将鳍的转角信号反馈到控制系统;再由控制系统将收到的反馈信号与陀螺仪检测到的横摇角速度信号进行分析、处理后,发出新的转鳍指令,进行动态调整,以达到最佳的减摇效果.所以鳍角反馈装置的精度直接影响减摇鳍装置的减摇效果,是收放式减摇鳍设计的重点.文章从鳍角反馈装置的工作原理、机构的组成和实例数据分析,以及各结果对照等几方面进行研究分析,结果表明,鳍角反馈装置的曲柄滑块机构设计合理、有效的,其失真度也控制在理想范围之内.     

零航速下变鳍型减摇鳍升力模型研究

升力数值的大小直接影响零航速下船舶减摇效果。为产生足够升力实现船舶在零航速下的有效减摇,提出了基于变形鳍的零航速减摇鳍设计方法。基于势流理论和旋涡作用力理论对变鳍型减摇鳍在零航速下升力进行分析,给出了升力解析表达式。通过计算流体力学软件Fluent对变鳍型减摇鳍进行升力数值计算。最后将Fluent计算结果与解析表达式结果对比,升力值基本吻合,验证了该种升力分析方法的正确性,为零航速下减摇鳍的设计提供了理论支持。     

基于欧拉—伯努利刚度矩阵的 减摇鳍轴升力检测分析

常规减摇鳍多采用鳍角反馈控制方式,实际减摇效果很难达到理论设计水平。主要是由于产生控制力矩的升力是估算值,与实际值有较大偏差。文中分析了偏差产生原因并以此为据,避开多种干扰因素和繁琐的理论推导;设计了内含轴芯的空心轴,运用欧拉—伯努利梁刚度矩阵进行理论分析;将难以测量的升力转化成易于检测的位移量,建立两者的量化关系,并探讨了三种主要影响因素;设计可拆卸的端盖和两种传感器安装方式,便于维修检测。以实际装船的某型减摇鳍设计参数为依据,通过计算和仿真对比验证了设计的有效性和准确性。     

基于有限元分析的船舶零航速减摇鳍升力机理研究

减摇鳍是船舶应用最为广泛的主动式减摇装置,其在船舶高速航行时具有良好的降低横摇的功能。但是,当船舶航行速度较低或者零航速驻停时,减摇鳍的效果会大打折扣,因此,研究船舶零航速时的减摇鳍升力机制,使减摇鳍在船舶零航速下仍具有良好的减摇效果是国内外的研究重点。本文基于有限元分析技术,建立船舶减摇鳍的升力函数模型,研究了船舶零航速时的减摇机理,并在此基础上设计了船舶零航速下的减摇鳍系统。     

特种减摇装置的升力模型优化

减摇鳍是一种特种减摇装置,它在船舶减摇装置中占有重要地位,本文首先对低航速减摇鳍在水中运动所受的作用力进行分析。其次,利用计算流体力学仿真软件Fluent对减摇鳍在低航速状况下进行仿真分析,并利用Matlab拟合出低航速减摇鳍的动态升力模型。最后,对拟合出的动态升力公式进行验证。结果分析表明:拟合出的动态升力公式可以很好的反应减摇鳍在低航速海况下进行主动拍击过程所产生的升力,可以为舰船在低航速海况下设计减摇控制系统提供一定的参考。     

鳍/被动水舱联合减摇理论研究

本文在综合分析减摇鳍与被动减摇水舱两种减摇装置的优缺点的基础上,考虑某些特殊用途的船舶以及一些大型的军用舰艇在全航速下对船舶平衡要求较高的情况,采用了一种优良的全航速下的减摇方案--减摇鳍与被动水舱联合减摇装置.这种减摇装置将减摇鳍与被动水舱有效结合,有效地克服了减摇鳍与被动水舱的缺点,同时也放宽了对鳍静特征数的要求,这对于装有不可收放式减摇鳍的船舶具有实际意义.针对上述联合减摇装置建立了船舶/减摇鳍/水舱的数学分析模型,并进行了分析讨论.通过对一实船的理论计算,结果表明:鳍/被动水舱联合减摇方案与其它减摇装置相比有明显的优越性,这种装置弥补了减摇鳍和减摇水舱具有的缺点,为船舶减摇提供一种减摇的方法.同时,可在此基础上增加装置的功能,达到一定的经济性.     

基于动态反馈线性化的海洋机器人近水面横摇减摇控制

海洋机器人在近水面低速航行时,在海浪干扰下将产生横摇运动,严重影响机器人安全性能,因此利用零航速减摇鳍系统对横摇运动加以有效控制.针对机器人非线性运动模型及零航速减摇鳍升力模型的特点,利用动态反馈线性化方法设计横摇减摇控制规律.该方法通过将原系统扩展为含有伪状态变量的新系统,实现系统线性化,解决由减摇鳍升力模型引起的系统非线性形式控制输入的问题.理论证明及仿真结果表明该横摇控制规律是稳定有效的.     

基于重复控制和瞬时值控制的数字化逆变电源的研究

本文采用TI公司的定点DSP-TMS320F240作为主控制器。对三相50Hz逆变电源采用了瞬时值反馈控制与重复控制相结合的控制方法,利用瞬时值反馈控制抑制基波扰动,提高系统的动态响应过程;利用重复控制抑制非线性负载下的电压波形畸变,提高了系统的静态性能,使逆变电源输出电压波形质量提高。     

基于模糊控制的自适应反馈调节系统

船舶操纵是一个非线性过程,定值反馈控制方式的操纵性能不能令人满意。针对上述问题,提出了一种基于模糊控制的自适应反馈调节系统,它可在线自动调整系统的反馈系数。仿真结果表明它在船舶操纵应用中具有较好的动态特性,鲁棒性和跟踪能力,在一定程度上改善了船舶的操纵性能。     

遥操作机器人系统主从控制策略

近年来主从式机器人系统被广泛应用在医疗、深海等非结构性环境.在现有研究成果的基础上,研究了主从式机器人系统的控制策略.采用增量式位置控制,易于建立主端与从端的工作空间映射,并增加位置反馈提高系统的控制精度;解决了主从运动比例变化的问题;并通过搭建的主从机器人系统对位置控制策略进行验证,结果表明了系统位置控制策略的准确性和实时性.将主从位置误差引入系统的力反馈控制策略,分析系统的稳定性,并通过MATLAB/Simulink对力反馈策略进行仿真及实验验证,仿真与实验结果验证了所建立控制策略的有效性.     

欠驱动AUV水平面运动的镇定控制设计

通过对欠驱动AUV的水平面三自由度运动方程和轨迹方程的简化分析,设计了一种镇定控制律。基于全局微分同胚坐标变换将欠驱动AUV的数学模型转化为级联形式的非线性系统,并证明了原系统的镇定问题可简化为级联子系统的镇定问题。通过状态反馈控制研究得到镇定控制律,证明了控制律的收敛性,并且进行了镇定仿真实验演示。仿真结果表明控制律的有效性,能够在任意初始条件下实现镇定控制。     

基于反馈线性化的船舶自动舵动态滑模控制

针对船舶自动舵的航向控制问题,结合高阶滑模和动态滑模控制的设计思想设计了一种船舶自动舵动态滑模控制器.首先设计出包含舵机特性的船舶航向控制仿射非线性系统模型,其次通过状态反馈的方法将原模型变为等价的完全可控型线性化系统,然后设计出动态滑模控制器.仿真结果表明,所设计的动态滑模控制器不仅能很好的自动跟踪设定的航向,而且能有效的抑制系统的抖振现象,达到设计目的,为研究船舶自动舵控制提供一种参考.     

船舶轴带发电—能量回馈负载复合系统研究

介绍了级联无刷双馈电机的工作原理和轴带发电机模拟系统。采用西门子运动控制系统Simotion控制级联无刷异步电动机实现船舶主机及发电机组的负载试验中的回馈节能,从而完成对轴带发电机和对能量回馈节能负载的综合模拟。     

新型多功能油船液货晃荡模拟装置设计

针对油船在恶劣海况航行晃荡所产生的爆炸危险、液货损失和环境污染问题,研制一种新型晃荡模拟平台,将晃荡箱体放置在水中通过液压驱动晃荡,并且实现其自动化控制及数据反馈,更加真实地模拟了实际晃荡情况。经晃荡实验结果表明,该装置具有良好的适用性,对今后液货晃荡实验有一定的应用价值。     

一个新混沌系统的非线性反馈同步

研究了一个新的混沌系统的混沌同步问题。基于Lyapunov稳定性理论,采用非线性反馈混沌同步方法,给出了该系统实现自同步的充分条件以及控制律参数的取值范围;结合参数自适应混沌同步方法,实现了该混沌系统与统一混沌系统的异结构系统快速同步。数值仿真证明了该方法的有效性。     

Fuzzy-PID controlled lift feedback fin stabilizer

Conventional PID controllers are widely used in fin stabilizer control systems, but they have time-variations, nonlinearity, and uncertainty influencing their control effects. A lift feedback fuzzy-PID control method was developed to better deal with these problems, and this lift feedback fin stabilizer system was simulated under different sea condition. Test results showed the system has better anti-rolling performance than traditional fin-angle PID control systems.     

基于反馈线性化的AFE变频器功率控制

提出了一种新的有源前端(Active Front End, AFE)变频器功率控制策略，仿真测试验证了基于该策略的AFE变频器具有交流侧电流畸变小、直流电压稳定、静态和动态性能好、能量可双向流动等优点。该策略基于多输入多输出非线性系统的反馈线性化理论和同步旋转坐标变换，将AFE变频器功率控制模型转化为线性、时不变的解耦系统，有利于控制系统的设计及实现。