近水面海洋潛器的推進(jìn)系統(tǒng)機(jī)-槳-艇綜合控制.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷深入，卻伴隨著陸地資源的日益減少，從而使人們把目光開(kāi)始鎖定到資源豐富的海洋。近年來(lái)，人們不再拘泥于深海作業(yè)，受波浪力干擾嚴(yán)重的近水面作業(yè)也成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，由此水下海洋潛器也成為人們研究的重點(diǎn)。水下海洋潛器的動(dòng)力裝置的優(yōu)劣決定了潛器的航行穩(wěn)定性，耐久性。由于海洋潛器的體積小，質(zhì)量輕等特點(diǎn)，選用電力推進(jìn)做為推進(jìn)方式。海洋潛器由蓄電池供電，集成了電機(jī)，螺旋槳等裝置成為機(jī)-槳-艇綜合控制系統(tǒng)，有效的減小了推進(jìn)系統(tǒng)的體積

2、并提高推進(jìn)效率。在近水面航行時(shí)的海洋潛器必然受到近水面波浪力/力矩的干擾，產(chǎn)生能量消耗并且會(huì)影響推進(jìn)系統(tǒng)的工作性能。在分析整個(gè)機(jī)-槳-艇系統(tǒng)時(shí)，考慮到近水面波浪力對(duì)機(jī)-槳-艇系統(tǒng)的影響，通過(guò)對(duì)機(jī)-槳-艇綜合系統(tǒng)進(jìn)行控制，使海洋潛器以最節(jié)能的方式航行是本文研究的重點(diǎn)。
　　為了讓海洋潛器在近水面能以最節(jié)能的方式運(yùn)行，單靠推進(jìn)電機(jī)和螺旋槳自身的優(yōu)良性能是不夠的，還需要把電機(jī)，螺旋槳和海洋潛器有機(jī)的整合起來(lái)對(duì)機(jī)-槳-艇系統(tǒng)進(jìn)行綜合匹配。

3、本文主要研究通過(guò)對(duì)機(jī)-槳-艇的能量的傳遞的角度進(jìn)行分析，分別對(duì)靜水時(shí)和產(chǎn)生波浪增阻的情況下找到對(duì)于海洋潛器能量損失最小的運(yùn)行方式，找到以節(jié)能為目標(biāo)的控制參數(shù)，對(duì)機(jī)-槳-艇綜合系統(tǒng)進(jìn)行控制。
　　本文首先對(duì)所選海洋潛器，電機(jī)和螺旋槳進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模。針對(duì)海洋潛器，重點(diǎn)分析了其在近水面航行時(shí)所受波浪的垂當(dāng)干擾力和縱搖干擾力矩影響；根據(jù)推進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，找出負(fù)載與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為后續(xù)仿真做準(zhǔn)備；根據(jù)螺旋槳的動(dòng)力學(xué)模型，建立海洋潛器與螺旋

4、槳間的關(guān)系，并對(duì)螺旋槳所受干擾力/力矩的影響進(jìn)行分析，得出螺旋槳轉(zhuǎn)矩?fù)p失的情況。
　　其次，從海洋潛器的機(jī)-槳-艇能量傳遞的角度分析得到較為節(jié)能的運(yùn)行方式。通過(guò)對(duì)機(jī)-槳-艇綜合系統(tǒng)的分析，建立以最大效率為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)確定海洋潛器的航速和電機(jī)轉(zhuǎn)速為變量，使用遺傳算法求解得到最高效率的同時(shí)也得航速和電機(jī)轉(zhuǎn)速的值；當(dāng)海洋潛器在較高海況航行時(shí)，通過(guò)確定最小前進(jìn)速度和對(duì)波浪增阻的分析，確定螺旋槳的轉(zhuǎn)速，從而使推進(jìn)電機(jī)發(fā)出最小功率?；?/p>

5、于此，海洋潛器以節(jié)能的方式航行控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和航速尤為重要。
　　最后，通過(guò)海洋潛器節(jié)能的參數(shù)分析，對(duì)機(jī)-槳-艇綜合系統(tǒng)進(jìn)行控制。首先采用雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)推進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制；其次以螺旋槳?jiǎng)恿W(xué)模型為基礎(chǔ)搭建槳-艇子系統(tǒng)?？紤]到近水面波浪力/力矩對(duì)螺旋槳的影響，采用復(fù)合控制對(duì)機(jī)-槳-艇系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制，對(duì)波浪力產(chǎn)生的螺旋槳推力損失進(jìn)行補(bǔ)償；進(jìn)而，采用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)推進(jìn)電機(jī)的速度環(huán)調(diào)節(jié)器和航速控制器進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到較好的推進(jìn)