零航速下減搖鰭的運動規(guī)律與能量優(yōu)化研究.pdf

1、船舶在水面上航行,受到海風(fēng)、波浪等隨機干擾后,會產(chǎn)生復(fù)雜的非線性運動。這些運動對船舶的正常行駛和功能實現(xiàn)有很大影響,尤其是船舶的橫搖。不僅僅是中高航速狀態(tài)下的船舶,對于一些停泊在碼頭或海面上的科考船來說,此時的橫搖更是不可忽視的。
　　 傳統(tǒng)減搖鰭產(chǎn)生升力主要是利用船舶主機的能量將鰭轉(zhuǎn)到某一固定角度,由水流的作用產(chǎn)生升力對抗海浪的干擾力,但船舶處于零航速時,沒有來流速度,零航速減搖鰭主要是由鰭繞鰭軸在水平面內(nèi)主動拍動來產(chǎn)生升力的

2、,這種拍動所需的動力完全由伺服系統(tǒng)提供,對于能量有限的船舶來講,這種能量消耗給船舶帶來沉重的負擔(dān)。目前大多數(shù)關(guān)于零航速減搖鰭的文獻都是以升力建模為主的,對于減搖鰭消耗的能量問題幾乎無人涉及,本文的工作主要是針對零航速減搖鰭的能量優(yōu)化問題展開討論并進行分析。
　　 首先,介紹了課題的來源,減搖鰭及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況,又詳細闡述了傳統(tǒng)減搖鰭和零航速減搖鰭的減搖原理。在此基礎(chǔ)上逐步展開零航速減搖鰭的能量優(yōu)化分析。減搖鰭的能量優(yōu)化不僅

3、僅與控制系統(tǒng)有關(guān),更與鰭形本身有關(guān)。課題通過對減搖鰭在中高航速下航行狀態(tài)的分析,并保證在中高航速下有效減搖的同時,對零航速減搖鰭的鰭形選擇進行了深入分析和研究。
　　 其次,零航速減搖鰭的能量消耗也與控制系統(tǒng)有關(guān)。本文選用遺傳算法對PID控制器的參數(shù)進行優(yōu)化,優(yōu)化參數(shù)后的控制器使減搖鰭的工作效率有明顯提升,間接地為系統(tǒng)節(jié)省了能量。
　　 最后,為船舶設(shè)定了0.5°裕度,這樣既可以滿足減搖要求,對船上人員的舒適性不產(chǎn)生影響