近水面海洋潛器的推進系統(tǒng)機-槳-艇綜合控制.pdf

1、隨著經(jīng)濟全球化的不斷深入，卻伴隨著陸地資源的日益減少，從而使人們把目光開始鎖定到資源豐富的海洋。近年來，人們不再拘泥于深海作業(yè)，受波浪力干擾嚴重的近水面作業(yè)也成為了人們關(guān)注的焦點，由此水下海洋潛器也成為人們研究的重點。水下海洋潛器的動力裝置的優(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，選用電力推進做為推進方式。海洋潛器由蓄電池供電，集成了電機，螺旋槳等裝置成為機-槳-艇綜合控制系統(tǒng)，有效的減小了推進系統(tǒng)的體積

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

3、本文主要研究通過對機-槳-艇的能量的傳遞的角度進行分析，分別對靜水時和產(chǎn)生波浪增阻的情況下找到對于海洋潛器能量損失最小的運行方式，找到以節(jié)能為目標的控制參數(shù)，對機-槳-艇綜合系統(tǒng)進行控制。
　　本文首先對所選海洋潛器，電機和螺旋槳進行動力學建模。針對海洋潛器，重點分析了其在近水面航行時所受波浪的垂當干擾力和縱搖干擾力矩影響；根據(jù)推進電機的數(shù)學模型，找出負載與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為后續(xù)仿真做準備；根據(jù)螺旋槳的動力學模型，建立海洋潛器與螺旋

4、槳間的關(guān)系，并對螺旋槳所受干擾力/力矩的影響進行分析，得出螺旋槳轉(zhuǎn)矩損失的情況。
　　其次，從海洋潛器的機-槳-艇能量傳遞的角度分析得到較為節(jié)能的運行方式。通過對機-槳-艇綜合系統(tǒng)的分析，建立以最大效率為目標的目標函數(shù)，同時確定海洋潛器的航速和電機轉(zhuǎn)速為變量，使用遺傳算法求解得到最高效率的同時也得航速和電機轉(zhuǎn)速的值；當海洋潛器在較高海況航行時，通過確定最小前進速度和對波浪增阻的分析，確定螺旋槳的轉(zhuǎn)速，從而使推進電機發(fā)出最小功率。基

5、于此，海洋潛器以節(jié)能的方式航行控制電機轉(zhuǎn)速和航速尤為重要。
　　最后，通過海洋潛器節(jié)能的參數(shù)分析，對機-槳-艇綜合系統(tǒng)進行控制。首先采用雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)對推進電機的轉(zhuǎn)速進行控制；其次以螺旋槳動力學模型為基礎(chǔ)搭建槳-艇子系統(tǒng)?？紤]到近水面波浪力/力矩對螺旋槳的影響，采用復合控制對機-槳-艇系統(tǒng)進行綜合控制，對波浪力產(chǎn)生的螺旋槳推力損失進行補償；進而，采用改進的遺傳算法對推進電機的速度環(huán)調(diào)節(jié)器和航速控制器進行優(yōu)化，達到較好的推進