基于Matlab的船舶减摇水舱自动控制与仿真研究

稳定性是船舶航行质量的重要指标,远洋航行的船舶受到海风、海浪的影响,往往会发生横摇、振荡等运动。其中,横摇是指船舶在风浪作用力下产生的周期性摇摆运动,甚至会引起船舶发生倾覆等危险事故。因此,船舶工业领域投入了大量的物力、财力开发船舶的减摇装置,常见的减摇装置包括减摇鳍、减摇水舱等。减摇水舱依靠船舶横摇运动的能量使水舱内的水流动,产生的力矩可以有效地降低船舶横摇,具有结构简单、成本低、易于控制等优点,广泛应用于集装箱运输船、科学考察船等。本文针对船舶的减摇水舱,在仿真平台Matlab中研究了减摇水舱的自动控制系统,并进行了减摇水舱的结构优化设计和控制响应的仿真。本研究对改善船舶减摇水舱的自动化水平,提高结构强度有一定的指导意义。     

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。     

减摇水舱的设计应用

0引言 船舶在水面上的运动可以简化为一个刚体的自由运动，其最基本、最重要的运动是：纵摇、横摇、首摇、纵荡、横荡和垂荡。对于船舶横摇的研究，其成果已在实际中运用多年，并发展出多种减摇装置，主要有4种：龙骨、减摇鳍、舵减横摇、减摇水舱。     

INTERING减摇水舱

1 导言在通常情况下,横摇稳定可避免损坏货物和船舶,改善旅客和船员的舒适性及减少船舶阻力。这里介绍的Intering减摇装置,它综合考虑了昂贵的减摇鳍装置和被动式自由液面舱之间的关系。因此,该装置价格合理,安全性高,效果好。安装该装置不会损失有用的舱室容积,其操作不受航速影响,也不必在船体壳板上开口,能有效地提高船舶的经济性。该减摇装置最适合于下列类型的船舶:滚装船,渡船,集装箱船以及有边舱的各类船舶。 Intering减摇装置的原理是基于一个与龙     

船舶减摇水舱试验台架横摇运动模拟

本文介绍了由微机控制的船舶减摇水舱试验台架，利用这套试验装置可以实时模拟在规则波和不规则波情况下装备有水舱的船舶的摇摆，这里着重介绍了对船舶影响最大的横摇的模拟，从而为研究减摇水舱对船舶的作用，评估其减摇效果，为研究和设计减摇水舱提供了可靠的依据。     

大型船舶综合减摇系统的研究

本文在分析船舶的综合减摇问题以及船舶主要减横摇装置的优缺点的基础上,针对船舶的减横摇问题,兼顾船舶的静倾问题,提出了可应用于全工况下的船舶综合减摇系统.综合减摇系统是由减摇鳍、减摇水舱和抗静倾平衡水舱组成的.这种综合减摇系统既综合了鳍与水舱的优点,又克服了减摇鳍和减摇水舱各自的缺陷.以高速滚装船为例,建立了"船舶-减摇鳍-被动式U型水舱"系统的运动方程并进行了计算机仿真.通过对仿真结果的讨论和分析得到如下结论:这种综合减摇系统具有良好的减摇能力;在各种航态下(包括零航速)都能达到减摇要求;综合减摇系统的减摇性能远远好于单独使用减摇鳍和减摇水舱的性能.船舶综合减摇系统的提出为大型船舶的综合平衡开辟了新途径,这种设计方法对大型水面舰船、尤其对有舰载机的船舶及两栖作战舰船的综合减摇具有重要意义.     

主动式减摇水舱控制系统在船舶模型设计的应用

稳定性是船舶能否正常运行的重要指标,船舶在日常工作时受海风、海浪等干扰作用力的影响,往往会发生横摇、垂荡等不规则运动,如果产生的运动幅度过大,很可能导致船舶倾覆等危险事故。因此,业内研究人员一直将船舶的减摇视为重点研究方向。主动式减摇水舱利用控制系统产生力矩,并抵消船舶发生横摇等运动的力矩,使船体保持稳定,具有结构简单、成本低等优点,广泛应用于各类大型舰船上。本文针对船舶的模型试验过程,开发了一种主动式减摇水舱控制系统,并介绍该控制系统的硬件组成和功能,在Matlab中进行了减摇特性试验。     

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.     

横荡对被动式减摇水舱运动的影响研究

被动式减摇水舱是减少船舶摇摆的重要装置之一,目前对它的研究大多数都只针对单纯横摇运动。而本文在考虑了横荡对水舱运动的影响后,基于U型被动式减摇水舱理论推导了耦合横荡的“船舶一水舱”系统的数学模型,并通过仿真和试验研究证实了考虑横荡对水舱的影响是很必要的,更符合于实际情况。     

减摇水舱台架系统中横摇阻尼的模拟实现

在减摇水舱台架模拟实船运动过程中，横摇阻尼的模拟是个技术难点。给出了船舶横摇阻尼和阻尼模拟的理论基础，提出了一种新的阻尼模拟方法，并对阻尼模拟在规则波和不规则波下进行了仿真。结果表明此模拟方法具有可行性，最后应用到减摇水舱台架系统中，实验证明方法行之有效，从而在此基础上做横摇、横荡实验，为实船装备减摇水舱提供试验数据。     

PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计与优化的应用

减摇水舱控制系统中的摇摆台控制一般采用PID控制系统,借助PID控制系统的算法优势,传输摇摆角度信号,有效控制减摇。PID系统采用免疫遗传算法,该算法能够建立起数学模型,推理运算出目标函数值,向电液伺服阀输出动作指令,控制船舶横摇。本文分析了PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计中的应用,提出优化PID控制器的设计方法,经过仿真实验证实,改进优化的变参数PID控制器能够有效控制船舶横摇角、鳍角速率,提高减摇效率。     

可控被动式减摇水舱随机控制策略研究

在"船舶-可控被动式减摇水舱"系统数学模型基础上,根据安装减摇水舱的船舶在随机海浪作用下的横摇运动特点,利用成型滤波器以及在线辨识方法对"船舶-可控被动式减摇水舱"系统横摇运动进行预报,并利用预报信息以及实时测量信号对减摇水舱内液体进行控制,实现船舶横摇运动与水舱内液体运动的相位控制,使减摇水舱在不同航态以及不同海情下均有较好的减摇效果.     

船舶减摇技术现状及发展趋势

传统的船舶减摇装置包括减摇鳍、减摇水舱、舵减摇、减摇陀螺、减摇重块等,本文介绍了这些传统的减摇装置的发展现状及近年来出现的新型减摇装置,包括零航速减摇鳍、舵鳍联合减摇、舱鳍联合减摇、Magnus效应回转轴减摇、减纵摇、船舶姿态控制系统等,并对未来的新型减摇装置进行了预测。     

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。     

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。     

船舶减摇装置及其应用

文章介绍了不同的船舶减摇装置及其特点、应用情况。指出了船舶减摇装置已由单一减摇装置技术向综合减摇装置技术发展;随着科技的发展,船舶减摇装置将朝着超大型化、超小型化、精密化的方向发展,以满足不同功能船舶的减摇需求。     

船舶减摇方式介绍及发展趋势

针对船舶的减摇问题,综述了船舶减摇的几种方法,分析了船舶主要减摇装置舭龙骨、减摇鳍、减摇水舱、减摇舵的优缺点,指出了存在的技术难题,并展望了有价值的研究方向。     

平面被动减摇水舱影响特性研究

本文采用势流理论和基于RANS方程的粘流理论相结合的计算方法,对影响某深水海工作业船平面被动减摇水舱减摇率的相关特性进行了研究。文中主要针对减摇水舱装载率、船舶GM值和波浪条件几方面开展系列计算和对比分析,探讨了各参数的影响特性和机理。本文研究可为今后此类船舶的设计和作业提供一定参考。     

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。     

船舶减摇水舱控制技术现状与展望

减摇水舱结构简单、造价低廉、便于维护保养,特别是其减摇效果不受航速制约,是应用最广泛的减摇装置之一.文章首先介绍减摇水舱的类型和工作原理,接着综述了船舶减摇水舱控制技术的研究现状,重点描述了各种减摇水舱控制算法,最后展望了减摇水舱控制技术的发展趋势.