T型翼主动控制策略的数值研究

[目的]主动控制T型翼对船舶有着较好的纵向运动减摇效果,但最佳的T型翼主动控制策略仍未有定论,因此需对T型翼主动控制策略进行研究计算与分析.[方法]首先,采用细长体理论对WigleyⅢ船型在不同波长规则波中的纵向运动响应进行数值计算;然后,在相同航速与波浪工况下,对加装了主、被动T型翼的船舶纵向运动进行数值预报,分析不...     

带自控翼穿浪双体船纵向运动研究

减小穿浪双体船在波浪上的纵向运动对提高其性能具有非常重要的意义。本文在传统固定水翼和尾压浪板的基础上引入自控翼系统,根据切片理论,利用Matlab编程计算穿浪双体船的纵向运动。根据计算和试验结果分析得到水翼的最佳运动控制方式,进而得到穿浪双体船带自控翼时的纵向运动。对比结果表明,自控翼系统可以较大地减小穿浪双体船的纵摇幅值。     

船舶在波浪上纵向运动与控制研究综述

[目的]随着全球经济和科技的发展,智能化是船舶发展的必然趋势。将自动控制用于船舶航态控制系统以达到改善其水动力性能的目的是当前的研究热点。[方法]首先综述国内外关于船舶运动算法的研究,然后介绍附体减摇系统控制信号的研究,在此基础上进一步总结基于运动计算结果的附体控制方法的发展,最后介绍关于纵向减摇模型试验的发展现状。[结果]分析表明:引入主动控制程序后减摇附体可以减少纵向运动响应多达60%,比被动控制下的减摇效果提升20%以上;理论上采用基于鲁棒控制和预测控制的主动控制系统的减摇效果要好于传统PID控制系统,但是由于PID系统具有简单直接的优点,模型试验研究还是基于PID控制为主。[结论]因此,在实际应用中将鲁棒控制或预测控制引入附体控制系统是智能船舶研究的重要发展方向之一。     

基于深度强化学习的地效翼船降落纵向控制研究

为了控制地效翼船水上降落的垂向速度,降低其入水砰击载荷,提出了一种基于深度强化学习的地效翼船降落纵向控制方法。在传统DQN算法的基础上,提出了基于终止状态评价的TSE-DQN算法。针对地效翼船降落入水垂向速度与俯仰角设计了奖励函数,并通过模拟试验将TSE-DQN算法和传统DQN算法进行了对比。试验结果表明,论文所提出的TSE-DQN算法在地效翼船的降落入水垂向速度优化方面有较大提升,且具有更好的稳定性。TSE-DQN算法对地效翼船降落时垂向速度的控制具有指导意义。     

穿浪多体船运动性能研究

  目的  随着全球经济和科技的发展,智能化是船舶发展的必然趋势。将自动控制用于船舶航态控制系统以达到改善其水动力性能的目的是当前的研究热点。  方法  首先综述国内外关于船舶运动算法的研究,然后介绍附体减摇系统控制信号的研究,在此基础上进一步总结基于运动计算结果的附体控制方法的发展,最后介绍关于纵向减摇模型试验的发展现状。  结果  分析表明：引入主动控制程序后减摇附体可以减少纵向运动响应多达60%,比被动控制下的减摇效果提升20%以上;理论上采用基于鲁棒控制和预测控制的主动控制系统的减摇效果要好于传统PID控制系统,但是由于PID系统具有简单直接的优点,模型试验研究还是基于PID控制为主。  结论  因此,在实际应用中将鲁棒控制或预测控制引入附体控制系统是智能船舶研究的重要发展方向之一。     

船舶在纵向波浪中运动的控制方法

船舶主动减摇是目前亟待发展的船舶减摇技术。本文基于船舶在波浪中运动理论,运用MATLAB编程求解带主动减摇鳍的船舶在纵向波浪中的升沉和纵摇运动响应,并据此研究文中给出的主动鳍控制方法减摇效果。通过分析某深V型快速渡轮算例,可以得出明显减摇效果。     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为厂提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性．设计了舵鳍联合减摇控制器。分析了船舶运动的非线性模型，根据实际情况进行假设，得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程，把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型；将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统．进行了舵鳍联合控制，设计了分散变结构控制器，最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明：舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇，并能尽可能大的减小横荡。     

船舶横向运动多变量随机控制研究

本文基于多变量随机最优控制理论研究船舶横向运动多变量随机控制规律.文中提出两种控制规律,一种是次优控制规律,该方法简单实用但控制性能较差,另一种是最优控制规律,该方法是利用成形滤波器将有色干扰白化,并将系统模型扩充而实现的,这需要对扰动进行估计建模,因而算法上较复杂,但控制性能较前者高.文中针对典型的船舶模型及航行工况进行了大量的仿真,给出仿真结果,并对两种方法进行了比较.在减少横摇角、横摇角速度、艏摇角、艏摇角速度及横荡速度方面,次优控制可取得20%-50%的效果,但横荡位移增加了14%.最优控制可取得60%-78%的效果,但横荡位移增加了6%.在实际应用时,可按船舶实际情况选用其中一种控制规律.     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为了提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性,设计了舵鳍联合减摇控制器.分析了船舶运动的非线性模型,根据实际情况进行假设,得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程,把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型;将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统,进行了舵鳍联合控制,设计了分散变结构控制器,最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究.仿真结果表明舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇,并能尽可能大的减小横荡.     

陀螺减摇器在渔业船舶上的应用探讨

摇摆对渔业船舶有很多不利影响。文中对常用减摇装置在渔业船舶上的应用利弊进行了对比分析,并对在这一类船上应用陀螺减摇器的可行性进行了探讨,期望可以对有意选用这一减摇装置的船东或相关设计人员提供参考。     

波浪中船舶结构惯性力及在数值分析中加载方法研究

用传统与规范方法系统地分析波浪中船舶惯性力的计算,通过比较总结出两种方法的优缺点,传统方法较适合于手工粗略计算,而规范方法更适合于有限元分析平台上的复杂结构计算。同时对ANSYS结构分析中船舶惯性力的加载方法进行探讨,将传统方法和角加速度加载方法作对比,分析和实际计算得出两种方法计算结果基本一致,但角加速度加载方法更为简单直接,避免了许多繁琐的过程。     

水翼辅助推进船舶波浪中运动和增阻特性研究

基于在船首两侧增添（固定）水翼的水翼辅助推进船舶的设想,选取集装箱船型作为研究对象,采用三维面元法对原型和水翼船在规则波中的运动和增阻响应进行了预报,并与试验结果进行比较,验证了计算结果的准确性。研究结果表明水翼能够有效地减小船舶在波浪中的纵摇、垂荡和增阻响应,其中添加水翼船在波浪中的纵摇和垂荡响应峰值分别减少了21%和24%,而增阻响应则减小了80%。此外还对水翼展弦比和安装位置对船舶在波浪中的运动和增阻响应的影响进行了研究。     

基于体积力方法的船舶波浪回转运动数值仿真

研究船舶在波浪环境中的自由操纵运动对船舶操纵性具有重要意义。本文对ONRT全附体模型在规则波中的回转运动进行仿真研究。采用基于结构化动态重叠网格的自研CFD软件HUST-Ship求解RANS方程与船体六自由度运动方程的耦合问题。RANS方程通过有限差法离散,并使用PISO算法进行求解。波浪中操纵运动使用了移动计算域方法,而且船后螺旋桨使用迭代型体积力方法替代,提高计算效率。波浪回转操纵运动特征参数(纵距、正横距、战术直径)的预报结果与试验数据进行了比较,验证了仿真的可靠性。进一步分析了运动特征参数的变化,研究波浪对回转运动的影响。     

船舶陀螺减摇器减摇性能的全系统数值仿真研究

陀螺减摇器通过高速旋转的转子所产生的一个与船舶摇摆方向相反的反作用力矩而产生减摇效果.目前,对陀螺减摇器的研究通常只涉及到陀螺与船舶的相互作用,不能全面阐明陀螺减摇器对波浪中船舶的真实减摇效果.文中采用理论分析方法对陀螺减摇器的工作机理进行了分析,结果表明船舶在一定的装载状况和工况下,其横摇幅值只与波浪激励力矩和陀螺转子的动量矩有关.采用STAR-CCM+软件,建立了基于三维数值波浪水槽技术的陀螺减摇器-船舶-波浪的全系统流体力学模型,对应用于某拖船上的陀螺减摇器进行数值仿真研究.仿真结果表明：陀螺减摇器在多种工况下均具有显著的减摇效果,减摇率受到陀螺减摇器工作参数、海况参数等因素的影响;在转子转速较高,有义波高、周期及浪向角较小的工况下,陀螺减摇器具有更高的减摇率.     

船舶结构T型接头焊接变形数值模拟研究

基于ANSYS WORKBENCH有限元软件,建立了某集装箱船T型焊接接头的热-弹塑性有限元模型。通过顺序耦合的计算方式,对接头的焊接温度场、焊接残余应力及变形进行了数值模拟。最后将数值模拟结果与试验结果进行比较。研究结果表明：数值模拟计算得到的T型接头横向位移和纵向位移与试验结果相符合,所建立的数值模拟模型较准确地预报了T型接头的焊接变形情况。     

模糊控制在船舶减摇技术上的应用

首先阐述模糊控制原理,从模糊控制系统架构的4个方面进行说明如何设计模糊控制器。以此为基础设计船舶减摇控制器,并根据船舶运动受外界影响变化非线性、非稳态的特点,加入积分过程,形成模糊积分控制。最后通过仿真实验说明,本文所采用的算法比PID控制更能有效控制船舶运动,减轻横摇。     

深V型滑行艇纵向运动试验研究

深V型滑行艇模型纵向运动试验研究表明：规则波中,升沉响应的平均值与静水航行时的重心升高极为接近,纵摇响应的平均值与静水航行时的纵倾较为接近,证实了相同航速下滑行艇在波浪中航行的纵向运动是相对于静水浮态的升沉纵摇运动;随着航速的增加,升沉响应峰值、纵摇响应峰值、垂向运动加速度峰值都向长波方向移动;速度较高、波幅较大时,升沉、纵摇、垂向运动加速度是非线性的。     

翼身融合水下滑翔机翼剖面上基于合成射流的主动流动控制数值研究

为了探究水下合成射流对翼身融合的水下滑翔机翼剖面升阻特性影响的机理,基于计算流体力学（CFD）方法,采用SST k-ω湍流模型,针对不同攻角的NACA 0015水翼开展合成射流控制的数值研究,探究在水翼吸力面不同位置处施加不同动量系数的合成射流对其升阻特性的影响,并分析其作用机理。数值仿真表明：合理的合成射流可有效提升水翼升阻性能;随着合成射流动量系数的增大,水翼升阻性能提升;射流位置也会影响流动控制的效果。     

响应型船舶运动模型的建模与遗传算法辨识

为了建立更准确的响应型船舶运动模型,在充分考虑横摇对舵响应的非最小相位性、阻尼震荡性和惯性横倾的基础上,提出一种横摇响应型模型,其参数具有物理意义明显和估值简单的特点.在此基础上,以某多功能运输船的非线性运动模型的对舵响应输出为试验数据,应用自适应遗传算法对船舶运动响应模型的各参数进行辨识,得到该船的艏摇与横摇的响应模型.仿真试验结果显示,遗传算法辨识后的船舶响应型模型能以较高的精度逼近试验数据,进而验证了响应型船舶运动模型及其参数辨识的有效性和可靠性.