船舶姿态运动控制平台设计—海浪层设计

• 作 者: 柳丽川
• 发表日期: 2012年01期
• 关键词: 船舶姿态 控制平台 规则波 干扰力矩

在海面上航行的船舶,由于受到风、浪、流等海洋环境因素的扰动作用,船体不可避免地会发生各种摇摆运动。众所周知,大量的摇摆运动会对船舶的使用性能和航海性能带来负面的影响。在所有外界环境干扰中,海浪是引起船舶摇摆运动的主要原因。因此,研究海浪对船舶的扰动愈发引起人们的重视。为了研究海浪对船舶姿态的影响和方便船舶姿态控制系统的设计,研制了一种在实验室条件下可以模拟船舶在海面上摇摆运动的船舶姿态控制平台,其主要用于船舶首摇、横摇与纵摇等船舶姿态的控制研究。船舶姿态控制平台为半实物仿真实验装置,是一个由三维旋转机械架构试验台、模型计算机、液压机构及方位角度传感器四部分构成的控制平台,用来模拟船舶的横摇、纵摇和首摇运动以及模拟风、浪、流对船舶的影响。本船舶姿态控制平台与传统的纯计算机仿真和其他仿真平台相比,其优势在于平台分为海浪层和船舶层,且由各自的工控机控制,模型互不干扰,使仿真结果更具说服力。本文的主要工作是完成控制平台的海浪层建设,研究船舶在不同海况作用下的姿态运动。首先,论文从控制平台的硬件组成和各个模块的功能,简要介绍平台的工作原理和平台的基本控制流程；其次,将船舶近似成箱型船,基于傅汝德-克雷洛夫假设建立了海浪(规则波)作用于船舶的干扰力矩数学模型；最后,利用Turbo C++3.0编写船舶对海浪(规则波)干扰的姿态响应数学模型仿真程序,调试平台硬件,使平台海浪层的实际运动能够按照数学模型的MATLAB仿真结果执行,从而实现海浪层对船舶层的干扰。控制平台的设计完成对于设计和验证有关船舶减摇等控制器的相关算法有相当重要的作用。