減搖鰭多模態(tài)控制器設(shè)計(jì)與開發(fā).pdf

1、船舶航行時受海浪、海風(fēng)等外界擾動，不可避免會產(chǎn)生多自由度搖蕩運(yùn)動。由于船舶橫搖阻尼小，使得船舶發(fā)生橫搖的幾率更大，因此，船舶減搖裝置成為船舶在海上安全航行必不可少的設(shè)備之一，且減搖裝置操縱性能的好壞直接影響船舶在復(fù)雜海洋環(huán)境下的穩(wěn)定性。減搖鰭作為一種主動式減搖裝置，由于其減搖效果良好，被廣泛應(yīng)用于船舶減搖。減搖鰭工作主要依據(jù)海浪信息作有規(guī)律的變化，但由于海浪具有不可預(yù)測性，減搖鰭始終處于被動狀態(tài)。為提高船舶減搖的效率，研究關(guān)于減搖鰭控制

2、系統(tǒng)的實(shí)時性具有重要意義。因此，本文以減搖鰭控制系統(tǒng)為研究背景，提出以船舶橫搖為依據(jù)從而實(shí)現(xiàn)間接控制橫搖的目的。
　　另外，控制器作為控制系統(tǒng)的核心，其性能直接影響控制系統(tǒng)的控制效果。因此，設(shè)計(jì)具有穩(wěn)定性好、實(shí)時性強(qiáng)的控制器對減搖鰭控制系統(tǒng)的性能具有重要意義。同時為驗(yàn)證間接控制船舶橫搖理論方法的有效性，進(jìn)行了減搖鰭控制器實(shí)物開發(fā)。本文主要從以下幾方面做了研究:
　　首先，在分析國內(nèi)外減搖鰭的發(fā)展?fàn)顩r以及多模型控制研究現(xiàn)狀的基

3、礎(chǔ)之上。對船舶在海浪中的受力進(jìn)行分析，引出基于“力矩對抗”的控制原理，討論了控制系統(tǒng)各部分組成情況，并參照實(shí)船模型對減搖鰭控制系統(tǒng)各部分參數(shù)就進(jìn)行設(shè)置，同時對海浪、海浪譜以及裸船時的橫搖運(yùn)動進(jìn)行建模及仿真分析。
　　其次，依據(jù)所建立的仿真模型重點(diǎn)分析研究了船舶橫搖運(yùn)動、相應(yīng)的橫搖角譜、各控制器之間的切換策略及其穩(wěn)定性。依據(jù)分析結(jié)果，以橫搖角譜峰值所對應(yīng)的頻率作為各子控制器之間的切換策略，進(jìn)而對整個控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。
　　

4、然后，在對整個系統(tǒng)理論分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)減搖鰭工作原理、功能要求，對控制器以及相關(guān)信號進(jìn)行分析;結(jié)合設(shè)計(jì)要求以及控制系統(tǒng)的整體組成，完成了控制器整體結(jié)構(gòu)以及各組成部分結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)。
　　最后，圍繞TMS320F28335開發(fā)平臺對控制器硬件框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時為保證整體電路的完整性，進(jìn)行了原理圖以及PCB板設(shè)計(jì);此外，完成數(shù)據(jù)采集、控制單元處理、數(shù)據(jù)輸出以及人機(jī)接口電路的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、控制算法及數(shù)據(jù)輸出等功能。搭建人機(jī)