具有動(dòng)態(tài)失速約束橫搖控制策略研究.pdf

1、在高海況下，減搖鰭的不穩(wěn)定的水動(dòng)力特性嚴(yán)重影響了減搖鰭工作的有效性。甚至導(dǎo)致船舶無(wú)法正常的航行，動(dòng)態(tài)失速是導(dǎo)致這種情況的根本原因。船舶航行在高海況時(shí)，海浪的大擾動(dòng)力矩作用于船上，船的橫搖角度增大。橫搖角的反饋信號(hào)作用在鰭的電液伺服控制器上，減搖鰭轉(zhuǎn)動(dòng)攻角增加來(lái)產(chǎn)生更大的控制力矩來(lái)阻止橫搖運(yùn)動(dòng)的加劇。對(duì)于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，減搖鰭的轉(zhuǎn)動(dòng)攻角是一個(gè)保守的恒定的約束值，無(wú)論鰭角怎么變化都在控制的范圍之內(nèi)，不會(huì)有動(dòng)態(tài)失速現(xiàn)象的發(fā)生。但在大風(fēng)浪作用下

2、，船的穩(wěn)定性容易受到嚴(yán)重破壞。本文對(duì)高航速、鰭的不同轉(zhuǎn)動(dòng)周期的動(dòng)態(tài)失速進(jìn)行研究，使減搖鰭的轉(zhuǎn)動(dòng)攻角能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)的約束，并且動(dòng)態(tài)約束角就是不同轉(zhuǎn)動(dòng)周期下的最大動(dòng)態(tài)失速角，鰭轉(zhuǎn)動(dòng)更大、更適合的角度來(lái)產(chǎn)生更大的控制力矩使船的穩(wěn)定性加強(qiáng)。
　　首先對(duì)給定的NACA0015鰭型，使用GAMBIT軟件進(jìn)行圖形建模和網(wǎng)格劃分。對(duì)計(jì)算流體力學(xué)以及湍流模型、離散控制方程、算法模型、UDF等進(jìn)行了解和掌握，使用FLUENT軟件對(duì)三維鰭進(jìn)行數(shù)值模擬和仿

3、真。對(duì)鰭在不同航速下的靜態(tài)升力系數(shù)和阻力系數(shù)特性進(jìn)行仿真，得到鰭在不同航速下的靜態(tài)失速角，并且分析了航速對(duì)靜態(tài)升力系數(shù)和阻力系數(shù)的影響。在動(dòng)態(tài)條件下，對(duì)鰭在不同航速下的動(dòng)態(tài)失速進(jìn)行仿真，同樣分析了航速對(duì)動(dòng)態(tài)失速的影響。由于航速對(duì)動(dòng)靜態(tài)失速有較小的影響，不同轉(zhuǎn)動(dòng)周期下的鰭動(dòng)態(tài)失速的研究方法被提出。在高航速下，對(duì)不同轉(zhuǎn)動(dòng)周期下的動(dòng)態(tài)失速角進(jìn)行仿真和研究，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，得到了不同轉(zhuǎn)動(dòng)周期下鰭的動(dòng)態(tài)失速情況。并通過(guò)曲線擬合的方法，得到了

4、不同轉(zhuǎn)動(dòng)周期與最大動(dòng)態(tài)失速角的函數(shù)關(guān)系，以及最大動(dòng)態(tài)失速角所對(duì)應(yīng)的升力系數(shù)隨轉(zhuǎn)動(dòng)周期變化的函數(shù)。
　　然后，對(duì)船舶橫搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，分別研究了鰭的動(dòng)態(tài)升力特性和控制力矩?cái)?shù)學(xué)模型；對(duì)船舶的非線性非耦合橫搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并進(jìn)行線性化；并且對(duì)海浪作用于船舶的橫搖擾動(dòng)力矩進(jìn)行建模。
　　最后，使用LQR控制器對(duì)船的橫搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。把仿真分析得到的不同轉(zhuǎn)動(dòng)周期下的最大動(dòng)態(tài)失速角應(yīng)用于鰭角約束之中，同時(shí)也對(duì)鰭的最大動(dòng)態(tài)失速下的升力