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风帆助航船舶自启发评价迭代滑模航向控制

哈尔滨工程大学学报 2017年第11期38卷 1727-1732页

作者：沈智鹏张晓玲大连海事大学信息科学技术学院辽宁大连116026

针对风帆助航船舶运动模型具有时变非线性和受海洋环境扰动作用的特点,本文提出一种带自适应启发评价的模糊非线性迭代滑模航向控制方法。该方法采用双曲正切函数构造系统状态的迭代滑模函数,利用滑模面反馈设计控制增量,避免了对系统... 详细信息

针对风帆助航船舶运动模型具有时变非线性和受海洋环境扰动作用的特点,本文提出一种带自适应启发评价的模糊非线性迭代滑模航向控制方法。该方法采用双曲正切函数构造系统状态的迭代滑模函数,利用滑模面反馈设计控制增量,避免了对系统未知项和外界扰动的观测,并结合模糊系统对滑模控制参数进行优化,增强控制器的自适应性。通过定义一种控制舵角抖振观测变量与自适应启发评价函数,对所构建模糊系统的结构参数进行动态调节和优化,以进一步降低控制舵角的抖振作用。应用"文竹海"号散货船数学模型进行控制仿真,结果表明所设计控制器能有效地处理模型参数摄动和海洋环境扰动,控制性能良好,具有强鲁棒性。

关键词：风帆助航船航向控制自适应启发评价模糊系统迭代滑模控制器设计舵角抖振鲁棒性

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风帆助航船舶运动的模糊自适应迭代滑模控制

哈尔滨工程大学学报 2016年第5期37卷 634-639页

作者：沈智鹏姜仲昊王国峰郭晨大连海事大学信息科学技术学院辽宁大连116026

针对风帆助航船舶运动模型的不确定性和高度非线性特点,设计了一种自适应非线性滑模控制器。该控制器利用非线性双曲正切函数对系统输出进行迭代滑动模态设计,应用滑模面反馈控制方法,无需对系统的不确定项和外界干扰进行估计,根据双曲... 详细信息

针对风帆助航船舶运动模型的不确定性和高度非线性特点,设计了一种自适应非线性滑模控制器。该控制器利用非线性双曲正切函数对系统输出进行迭代滑动模态设计,应用滑模面反馈控制方法,无需对系统的不确定项和外界干扰进行估计,根据双曲正切函数的严格有界性和控制输入约束条件证明了控制器稳定性,同时引入模糊系统对迭代滑模参数进行优化,增强控制器的自适应性。以"文竹海"号76000DWT散货船为目标进行控制仿真,结果表明,所设计控制器对系统模型不确定参数摄动及风浪作用不敏感,具有强鲁棒性,且与迭代滑模控制器相比所得控制量输出更加合理有效。

关键词：风帆助航船模糊自适应迭代滑模滑模控制滑模面反馈船舶运动控制控制器设计

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风帆助航船非线性横摇倾覆概率研究(英文)

船舶力学 2011年第12期15卷 1353-1361页

作者：王宏明孙培廷石昌峰曾勤阳大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026 江苏海事职业技术学院轮机工程系南京211170

风帆助航技术为船舶利用可再生能源提供了途径,但随着横摇的幅度加大,导致船舶倾覆的概率也增大。文章采用数值分析的方法对风帆助航船舶的非线性横摇方程进行分析求解,对有风帆助航与无风帆助航船在风浪作用下产生倾覆的概率作了比较,... 详细信息

风帆助航技术为船舶利用可再生能源提供了途径,但随着横摇的幅度加大,导致船舶倾覆的概率也增大。文章采用数值分析的方法对风帆助航船舶的非线性横摇方程进行分析求解,对有风帆助航与无风帆助航船在风浪作用下产生倾覆的概率作了比较,为采用风帆助航技术的远洋船舶在符合初稳性和气象衡准稳性条件下的横摇倾覆防范提供研究思路。

关键词：风帆助航船非线性横摇倾覆概率

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风帆助航船机舱通风实时特性分析方法研究

风帆助航船机舱通风实时特性分析方法研究

作者：梁大龙大连海事大学

学位级别：硕士

节能减排已成为中国乃至世界经济发展的一个焦点,航运业需要采取相应的措施来进行此项工作。中远集团承办了“风帆助航”项目,旨在通过在柴油机船舶上加装风帆,利用海上风能为船舶提供推力,降低燃油的消耗量,从而降低航运成本,达到节能... 详细信息

节能减排已成为中国乃至世界经济发展的一个焦点,航运业需要采取相应的措施来进行此项工作。中远集团承办了“风帆助航”项目,旨在通过在柴油机船舶上加装风帆,利用海上风能为船舶提供推力,降低燃油的消耗量,从而降低航运成本,达到节能减排的目的。本文以此项目为研究背景,阐明由于风帆助航船自身存在的特殊性,机舱通风系统必须具备实时特性,而实时性的机舱通风前人未曾进行深入研究。为此,本文以风帆助航船机舱通风系统为研究对象,对机舱通风实时特性的分析方法进行研究,阐述求解机舱通风实时特性公式的过程,并将此公式运用到典型船舶中,得到机舱实时通风量。本文首先就常规机舱通风特性的求解方法进行介绍,并分析各方法的优缺点,结合风帆助航船的特殊性,对选取的求解公式进行优化、精确后,得到机舱通风实时特性的母型公式,然后提取出两个机舱通风实时特性的主要影响因子——风帆助推力和舷外温度,分别就两者与机舱实时通风量的关系进行分析,之后将风帆助推力和舷外温度作为输入变量,带入母型公式,得到风帆助航船机舱通风实时特性的求解公式。将求解公式运用到典型船舶“文竹海”轮中,运用FLUENT软件,求得风向、风速与风帆助推力的关系,以海上风向、风速作为输入量,将各舷外温度区间的实时特性求解公式用MATLAB进行三维曲面拟合,并选取典型航线,根据风力情况划分出七个航段,将各航段的实时通风量在MATLAB中进行图像输出,并与常规通风量相比较,为实时控制提供数据支持。通过上述的分析方法,可以根据风帆助航船舶的具体资料、海上风力变化情况,运用机舱通风实时特性求解公式得到机舱最适宜的实时通风量,此实时特性可为风帆助航船机舱通风系统设计提供理论基础。

关键词：风帆助航船机舱通风实时风帆助推力舷外温度

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风帆助航船涡激振动研究

风帆助航船涡激振动研究

作者：谭真大连理工大学

学位级别：硕士

在能源问题和环境污染问题受到全球的广泛关注后,船舶设计者们对风能的开发利用的研究也日益深入,风帆助航船舶是船舶风能利用的主要方式。目前人们针对风帆助航的研究主要集中在风帆的空气动力特性预报、风帆影响下的船舶稳性校核、风... 详细信息

在能源问题和环境污染问题受到全球的广泛关注后,船舶设计者们对风能的开发利用的研究也日益深入,风帆助航船舶是船舶风能利用的主要方式。目前人们针对风帆助航的研究主要集中在风帆的空气动力特性预报、风帆影响下的船舶稳性校核、风帆和主机的匹配和风帆及桅杆的强度校核等方面。这些都是风帆助航技术的基础性研究,实际风帆的设计中还有很多可能出现的细节问题需要克服,而本文将针对在VLCC油轮甲板上加装的助航风帆的风致涡激振动现象进行研究。本文的研究方法主要采用CFD数值计算,建立典型的翼帆风流场模型并计算,本文采用商业CFD软件进行数值计算。为了验证数值模拟方法的可靠性,本文首先对经典圆柱绕流现象进行数值计算。本文通过对Re=1.95×104时的圆柱绕流进行计算。比较κ--ε湍流模型和SSTκ-ω湍流模型的在涡激振动模拟中适用性,并且验证软件中的计算设置的可行性,证明了数值模拟方法的可行性。本文对airfoil型翼帆的1：25缩尺模型进行CFD计算。本文研究了翼帆攻角、来流速度、梯度风速和对帆干扰等因素对翼帆涡激振动的影响。通过对计算结果的分析可知,翼帆只在一定攻角范围内发生涡激振动现象,并且泄涡频率在起振攻角时最大,随着攻角增大频率逐渐降低。在一定风速范围内,来流风速越大,泄涡频率也大,所以最大风速也是决定泄涡频率范围的关键因素。梯度风速会加剧涡激振动,对帆之间的干扰跟翼帆之间的干扰形式有关,翼帆不偏转时在10°攻角时抑制振动,在15°攻角会增大泄涡频率,而翼帆偏转时会抑制涡振现象使对帆的泄涡频率明显降低。

关键词：风帆助航船 CFD 圆柱绕流翼帆涡激振动

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风帆助航船舶运动的模糊自适应迭代滑模控制

风帆助航船舶运动的模糊自适应迭代滑模控制

作者：姜仲昊大连海事大学

学位级别：硕士

随着世界石油危机的出现与人类环保意识的增强,风帆助航船舶因其节能的特点逐渐引起人们的关注。借助风能提供的船舶前进方向的辅助推力,以达到节约能源和保护环境的目的己成为当今船舶工业研究的热点之一。本文主要针对风帆助航船的建... 详细信息

随着世界石油危机的出现与人类环保意识的增强,风帆助航船舶因其节能的特点逐渐引起人们的关注。借助风能提供的船舶前进方向的辅助推力,以达到节约能源和保护环境的目的己成为当今船舶工业研究的热点之一。本文主要针对风帆助航船的建模及运动控制进行研究。首先,本文针对风帆助航船舶,考虑船舶主机特性,提出并建立一种基于MMG分离模型思想的四自由度风帆助航船舶运动数学模型。对处于复杂环境下的风帆进行受力分析,给出风帆在最佳攻角下的受力函数。以76000DWT大型远洋散货船“文竹海”号为目标,引入圆弧形硬帆,根据实船参数建立其四自由度的风帆助航船舶运动数学模型,并采用Matlab/Simulink软件进行相应的仿真分析。其次,本文针对风帆助航船舶运动非线性模型具有的高度不确定性和易受外界风浪作用的特点,提出一种模糊自适应迭代滑模航向控制器。该方法使用双曲正切函数设计系统的迭代滑动模态,利用函数的有界性,避免了对系统不确定项和外界干扰项的估计。为优化该控制器参数,增强控制器的自适应性,结合模糊参数自适应的方法,对控制器的控制速率进行了优化调节。之后,通过定义一种控制量抖振测量变量和自适应启发评价函数,对控制参数模糊系统的结构参数进行在线调整,抑制控制量的抖振。然后,考虑风帆助航船舶因受风帆和海流等作用的影响而产生横向漂移,并造成航线偏离的特点,以提高船舶航迹跟踪性能和降低船舶操舵次数及功耗为目标,基于非线性迭代滑模控制、模糊参数优化系统和自适应启发评价方法,针对风帆助航船舶的直线航迹控制设计基于自适应启发评价的迭代滑模航迹控制器。最后,采用Matlab/Simulink软件,以“文竹海”号76000DWT散货船数学模型为研究对象进行航向和直线航迹跟踪的控制与仿真,结果表明本文所设计控制器能有效的处理参数摄动及风浪等外界扰动,且能很好地抑制控制量的抖振。

关键词：风帆助航船自适应启发评价模糊系统迭代滑模

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风帆助航船柴油机曲轴多体动力学分析

风帆助航船柴油机曲轴多体动力学分析

作者：陈予大连海事大学

学位级别：硕士

随着全球能源危机及环境问题不断恶化,人类对于更节能更低碳的追求日益高涨。在这样的大背景下,风帆助航船应运而生,成为未来节能环保船舶的一种全新尝试。然而,为了使远洋运输船舶能够保持固定的航期,风帆助航船更倾向于工作在定航速... 详细信息

随着全球能源危机及环境问题不断恶化,人类对于更节能更低碳的追求日益高涨。在这样的大背景下,风帆助航船应运而生,成为未来节能环保船舶的一种全新尝试。然而,为了使远洋运输船舶能够保持固定的航期,风帆助航船更倾向于工作在定航速航行模式下。这样,柴油机和风帆将共同为船舶提供动力,由于风力的不稳定性,柴油机负荷就会随风力的变化而变化。尤其是当风力大幅度突增和骤减时,柴油机负荷也会随之大幅突增和骤减。柴油机负荷的突增和骤减对柴油机本身会产生很多不利的影响,本文对柴油机主要运动部件进行多体动力学仿真,得到曲轴主轴颈和曲柄销处的受力曲线,从而直观的反映负荷突变对曲轴受力情况的影响。本文首先通过对风帆助航船舶航行模式的分析,确定了风帆助航船动力耦合系统工作特性,定量计算出风力突变的范围。随后,对柴油机运动部件进行三维建模,并对其进行装配。接着,在有限元软件ANSYS中对三维曲轴进行有限元模态分析,并形成曲轴的动态特性文件,将其输入到ADAMS中建立曲轴的柔性体模型,从而可以更准确的分析曲轴柔性变形对其受力的影响。最后,在虚拟样机平台ADAMS中对柴油机运动部件进行建模,完成柴油机主要运动部件动力学分析虚拟实验平台,得到负荷突增和突减瞬态工况下曲轴特征点的受力图谱,并对其进行分析比较。

关键词：风帆助航船动力耦合系统负荷突变多体动力学分析 ANSYS与ADAMS联合仿真