嵌套式減搖鰭設(shè)計及變參數(shù)控制器優(yōu)化.pdf

1、船舶在海上航行時,受到海浪的作用產(chǎn)生搖擺運動,其中橫向的搖擺運動對船舶的平穩(wěn)性影響最大,會影響船上貨物的安全性,降低船舶的舒適度,減小某些設(shè)備的工作效率以及影響船舶的航行方向等,因此如何減小船舶的橫搖運動非常關(guān)鍵,在多種減搖設(shè)備中,減搖鰭的減搖效果相對較好,應(yīng)用廣泛。本文根據(jù)某船型的參數(shù),設(shè)計具有嵌套式鰭翼的減搖鰭裝置,對其進(jìn)行運動仿真,建立減搖鰭控制系統(tǒng)的Simulink模型,優(yōu)化PID控制器參數(shù),以長峰波海浪波傾角為輸入,對控制系統(tǒng)

2、進(jìn)行仿真研究。
　　減搖鰭可分為收放式和不可收放式兩種,不可收放式減搖鰭的尺寸以及安裝位置受到船舶結(jié)構(gòu)尺寸限制,一般應(yīng)用于小型船舶上,而收放式減搖鰭在鰭翼不工作時,可以收起放置在船體中,避免了不可收放式減搖鰭的不足,但是增加了船體上的開口,影響近船處海流的流動特性,從而影響船的航行速度。為了減小這種影響,需要減小船體上開口的大小,設(shè)計的減搖鰭裝置采用嵌套式的鰭翼,鰭收回時小鰭翼收縮到大鰭翼中,縮短了鰭長度方向的尺寸,減小船體的開口

3、大小,改善了船體性能。減搖鰭包括轉(zhuǎn)鰭機(jī)構(gòu)、收放鰭機(jī)構(gòu)、嵌套式鰭翼機(jī)構(gòu)、固定鰭機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)形式均采用常見的桿機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)簡單。裝配減搖鰭裝置,對其進(jìn)行運動仿真,模擬減搖鰭的工作過程,驗證了減搖鰭結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。
　　由Conolly線性橫搖理論,建立船舶的線性橫搖模型。然后建立角速度陀螺儀、前置放大器、PID控制器、航速和浪級調(diào)節(jié)器、隨動系統(tǒng)的Simulink模型,其中減搖鰭隨動系統(tǒng)選用電液位置反饋方式。結(jié)合建立的各個模塊,搭建整個

4、減搖鰭控制系統(tǒng)的模型,完成控制系統(tǒng)建模。
　　為了提高控制系統(tǒng)的性能,盡量減小船舶的橫搖角,應(yīng)用經(jīng)典的遺傳算法和改進(jìn)的遺傳算法分別對PID控制器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,根據(jù)建立的目標(biāo)函數(shù),尋找到參數(shù)的最優(yōu)值。在海情不變時,使用優(yōu)化得到的兩組最優(yōu)值對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,比較結(jié)果發(fā)現(xiàn),新型遺傳算法在優(yōu)化的過程中更加有效,搜索到的最優(yōu)值更加接近于理論的最優(yōu)值。同樣,在海情變化的情況下,為了提高控制系統(tǒng)的性能,設(shè)計控制器的參數(shù)是隨著誤差變化的,這樣