拖輪協(xié)助船舶掉頭的建模與仿真.pdf

1、近年來(lái)，隨著船舶的數(shù)量在不斷增加，且逐漸向著大型化、高速化、專業(yè)化方向發(fā)展，在有限的港口水域內(nèi)，船舶的密集度不斷增加，使得操船水域相對(duì)變淺、變窄，增加了港口水域范圍內(nèi)操縱船舶的難度和復(fù)雜度，為了更加安全和高效地駕駛船舶，拖輪協(xié)助船舶操縱已經(jīng)成為保證港內(nèi)安全航行不可缺少的重要手段，特別是在港口內(nèi)船舶需要掉頭進(jìn)行靠泊或離泊作業(yè)時(shí)，船舶處于低速航行狀態(tài)，舵效極差，此時(shí)通過船舶自力很難完成作業(yè)，拖輪協(xié)助就成為重要的輔助手段。拖輪協(xié)助船舶掉頭的性

2、能優(yōu)劣關(guān)系到整個(gè)靠離泊操縱作業(yè)的順利與否，這一問題也成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的主要問題之一。
　　 拖輪協(xié)助船舶掉頭通常是發(fā)生在船舶靠泊或離泊過程中，本文在閱讀和總結(jié)國(guó)內(nèi)外大量資料的基礎(chǔ)上，吸取了日本MMG建模思想，建立了一組較為精確、完整的拖輪協(xié)助船舶掉頭的運(yùn)動(dòng)方程。考慮船舶常速域和低速域狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，為保證船舶運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，采用了將兩種數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的方法，即在常速域(漂角小于20°)下采用貴島勝郎的計(jì)算模型，在低速域(漂角大于

3、30°)下采用芳村康男的計(jì)算模型，漂角在兩者之間則采用兩種模型內(nèi)插的結(jié)果。
　　 為了使本文建立的數(shù)學(xué)模型能夠滿足工程上的要求，更好地跟實(shí)際情況相結(jié)合，便于應(yīng)用分析，文中考慮了風(fēng)、流等外界環(huán)境因素對(duì)拖輪與船舶之間作用力的影響。采用四階龍格一庫(kù)塔法對(duì)操縱運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解算，并采用MATLAB數(shù)學(xué)工具語(yǔ)言中的Simulink工具箱對(duì)拖輪協(xié)助船舶在各種情況下的掉頭運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了仿真，包括拖輪自身的不同工況及風(fēng)、流等外界環(huán)境干擾的情