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。     

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。     

U型减摇水舱模型试验与数值仿真

减摇水舱是目前船舶最常用的减摇装置之一,它具有结构简单,造价低廉,便于维护与保养等优点[1,2],普遍应用于 RORO船、科学考察船、公务船、运输船等。目前研究水舱的主要方法是台架试验和船模模型试验,本文针对1500吨海监船做了岸上摇摆台试验,以确定减摇水舱的固有周期接和模拟规则波下的抗摇力矩。由于岸上试验耗时长、代价高[3],本文采用CFD数值方法对水舱的自由衰减和强迫振荡进行了仿真计算,通过与试验值对比发现,CFD计算结果吻合较好,证明了CFD方法在模拟水舱摇摆台试验中的可行性。     

减摇水舱性能试验摇摆模拟台阻尼力矩的模拟研究

减摇水舱性能试验摇摆模拟台是根据相似准则建立的一种模拟在波浪作用下船舶横摇运动的试验装置。为使摇摆模拟台能够模拟各种类型船舶的运动，要求模拟台的转动惯量、阻尼力矩和波浪干扰力矩都是可调节的。利用硬件方法模拟阻尼力矩具有许多不确定因素，很难保证模拟的阻尼力矩值与要求的阻尼力矩一致，这给减摇水舱性能预报带来诸多困难。本文提出了一种利用软件模拟船舶横摇阻尼力矩的方法，仿真分析和试验结果表明该方法能够模拟各种船舶的阻尼力矩，满足模拟台阻尼力矩模拟要求。     

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。     

基于极点配置的减摇水舱试验台架控制系统的研究

船舶减摇水舱试验台架是研究和设计减摇水舱的重要试验设备，准确模拟船舶在海浪中的运动是设计试验台架的关键，试验台架系统用电液力矩伺服控制系统来模拟海浪力矩。本文研究了极点配置控制方法在电液力矩伺服系统上的应用并进行仿真，仿真结果符合要求。     

船舶减摇水舱设计研究

在介绍两种被动减摇水舱设计方法的基础上,通过对水舱中液体转动惯量的取舍问题进行讨论,在考虑减摇水舱中液体的流动的情况下,引入一计算水舱中液体转动惯量的修正系数.根据实际船舶参数按照上述确定水舱中液体转动惯量的方法给出了减摇水舱设计结果和对应的减摇效果仿真结果.在减摇水舱的设计中,为正确计算和评价被动水舱的减摇效果,提高了精度.为合理地确定减摇水舱通道的放大系数等减摇水舱设计参数提供了更合理的依据.     

模糊PID控制器在船舶试验台横摇位置系统中的应用

减摇水舱是一种减小船舶横摇的重要装置,建立船舶试验台是对其进行研究的主要手段.文章针对两自由度船舶试验台横摇位置系统建模中忽略的参数不确定及非线性环节等因素,设计了一种基于模糊逻辑的PID控制器.该控制器能够实现PID控制参数的实时调节,实验研究表明其在实际系统中具有优于常规PID控制器的性能.     

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。     

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.     

柴油机氮氧化物排放预测

为了减少柴油机SCR系统标定的试验量,基于NOx转化效率与氨氮摩尔比之间的关系以及法规中NOx比排放的计算规范,探讨预测发动机ETC测试时NOx比排放的方法,试验结果表明该方法比较准确,可以不通过白架试验获得SCR系统标定的效果。     

一种新型电源板卡一体化多功能测试平台

本文提出了一种新型电源板卡一体化多功能测试平台,对电源待测板卡的测试需求进行了分析与研究,建立其测试电路模型,基于LABVIEW虚拟仪器及Teststand测试序列进行分析,在此基础上完成了一体化多功能测试平台的软硬件设计与功能试验测试。试验验证了该测试平台能够对电源装置待测板卡进行快速且稳定的检测,并且系统的检测性能优于传统的板卡测试系统。     

大型锚机试验台结构设计与力学性能分析

为解决锚机测试设备存在的加载力、测试精度和实时性等问题,本文设计了一种塔架式动载试验台和液压缸式静载试验台相结合的大型锚机试验台,该试验台可进行200吨动载试验和400吨静载试验。针对试验塔架的几何结构,应用ANSYS有限元软件,对试验塔架进行理论强度分析、模态分析及特征值屈曲分析。建立的塔架有限元模型以及计算结果能为同类塔架的设计和优化提供理论依据。     

卡尔曼滤波在水下载体被动弹道跟踪系统中的应用

由于水声环境和信道的复杂性及水下航行载体的高速机动性,被动弹道跟踪系统测量的弹道样点野值较多,平滑性差.要对弹道进行较准确的实时跟踪,需要对弹道测量样点进行统计平滑处理.为了提高被动跟踪系统的定位精度和对机动目标的跟踪适应能力,采用卡尔曼滤波算法对弹道进行处理是常用的做法.介绍一种经过实用且效果较好的卡尔曼滤波算法,阐述了卡尔曼滤波算法原理和系统采用的信号模型及算法实现,并通过水下目标实航试验监测弹道及算法滤波处理结果的比较,说明该算法具有良好特性.     

船用低速柴油机实时仿真模型开发及应用

以某型小缸径船用低速柴油机为对象,基于该柴油机一维性能模型,开展实时仿真模型的快速开发和标定。比较了简化后实时仿真模型与原性能模型的计算时间和仿真精度。应用该模型在硬件在环测试平台上测试新研制的柴油机控制器。试验结果表明,该模型可正常接收和反馈正确的控制器指令和柴油机运行参数,满足电控系统硬件在环测试的试验要求。     

船用中速柴油机电子调速系统硬件在环仿真试验平台研制

以某型船用中速柴油机电子调速系统为对象,研制船用中速柴油机电子调速系统硬件在环仿真试验平台,主要包括电子调速系统执行机构试验台的搭建,柴油机实时仿真模型的建立,电子调速系统控制策略快速控制原型的实现。。利用硬件在环仿真试验平台进行调速器执行机构动态特性分析、电子调速系统起动与调速等功能验证,试验结果表明硬件在环仿真试验为研究电子调速系统控制策略和测试执行机构特性提供了良好的试验研究条件。     

柔性操纵翼面的推力特性研究

柔性操纵翼面是翼面形状可以改变的翼型,它可以通过翼面的柔性摆动拍水来产生推力,实现对潜器姿态的有效控制。论文建立了NACA0012翼型柔性摆动时的运动学模型,并对摆动时产生的推进力进行了公式推导,然后选用有限体积法和标准k-ε湍流模型,运用FLUENT动网格DEFINE_GRID_MOTION宏,编写UDF,在静水条件下对柔性操纵翼面摆动状态时进行了仿真。结果表明,操纵翼面在柔性摆动过程中产生了类似鱼类游动时的反卡门涡街,形成了向前的推力。柔性操纵翼面的这一特性,应用前景十分广阔。     

锚链轮齿形改进的实践与研究

起锚机中的关键零件是锚链轮。在工厂台架试验中,链径小于φ34的小型锚机,锚链与链轮啮合常出现起锚时歪链和斜链、抛锚时跳链等现象。本文通过分析和实践．提出改进措施,经过台架试验和实船使用,取得了良好的效果。     

回转起重机防摇试验台设计研究

针对回转起重机摆动抑制问题,提出一种吊盘式机械防摇系统,其基本思想为：在吊物上方装一个吊盘,通过吊盘阻碍吊物的单摆运动,减小摆动幅度。针对提出的吊盘式机械防摇系统,进行了回转起重机防摇试验台设计研究。首先进行了试验台的三维结构设计、电气系统设计,然后进行了试验台的加工、组装和调试,最后进行了试验台控制程序的开发,完成试验台的搭建工作。     

基于改进深度学习算法的船舶柴油机故障诊断技术

随着数据挖掘技术的发展,深度置信网络(DBN)这类深度学习算法被越来越多运用到工程领域。在故障诊断领域,结合DBN强大的自适应特征提取和非线性映射能力,可以摆脱以往对专家经验的依赖。基于此,本文为有效地监测柴油机气缸运行状态,提出一种基于改进深度学习算法的船舶柴油机故障诊断技术。先将原始信号的频域形式输入DBN当中,采用蚱蜢优化算法(GOA)搜索DBN的最优参数组合,并建立起最佳的柴油机气缸故障诊断模型。经测试验证,本文提出的诊断模型能够准确识别柴油机气缸运行状态并进行故障诊断,诊断率可以达到99.5%以上,具有较好的工程实用价值。