高速水翼双体船波浪中运动建模与仿真

为了开发高速船航海模拟器的需要，对高速水翼双体船垂荡和纵摇运动的数学模型进行研究．该数学模型反映了波浪对高速水翼双体船运动的影响．为验证建模的正确性，并使该模型应用于模拟器，以一艘水翼双体船HC200B-A1为例，利用Matlab的Simulink工具箱，在6组实验波浪参数的条件下，进行了在迎浪海况下垂荡和纵摇的仿真研究．仿真结果与船模水池试验数据对比表明，笔者提出的高速水翼双体船在波浪中运动的数学模型是令人满意和可靠的．     

一种高速多体船的纵向减摇预测控制方法

针对高速多体船在航行中纵摇和升沉运动幅度过大,以及减摇附体有严格的输入约束问题,提出一种有限时间观测器和单步预测控制相结合的纵向减摇方法.首先,建立由T型水翼和压浪板作为减摇附体的高速多体船控制模型,分析升沉运动和纵摇运动的耦合性,将控制模型分解为降维的单入单出模型和耦合量2项.其次,设计有限时间扩张观测器在线快速估计纵摇和升沉运动的时变耦合项,实时前馈补偿.在此基础上,针对补偿后的纵摇及升沉的运动模型,提出局部单步预测控制以提高系统的减摇性能,保证减摇附体满足约束.最后,将反馈预测控制量和补偿耦合量进行综合,通过减摇附体制分配矩阵得到T型水翼和压浪板的攻角.通过仿真验证该算法的有效性,结果表明升沉减少40%～50%,纵摇减少50%～65%.     

静水中高速水翼双体船运动建模和仿真

从高速水翼双体船受力分析的角度，提出了其静水中垂荡和纵摇运动的数学模型。其中对水翼所产生的升力进行了较为详尽的分析，为了验证该数学模型，针对一水翼双体船HC200B，利用Matlab的Simulink工具箱进行了仿真研究，得到了在各航行速度时的船体上浮量和纵倾角，并与实船实验数据进行对比，表明所提出的模型是合理的。     

基于Creator和Vega的视景仿真系统的研究与实现

以建筑视景仿真系统为原型,讨论了Multigen Creator在视景仿真系统的数据库创建及优化的关键技术,提出了可行的实现方法,构建了建筑视景数据库.并在VC++集成开发环境中利用Vega仿真引擎实现了运动模式和环境效果、显示通道的选择等交互控制,从而实现了交互式视景仿真驱动系统的开发.     

基于水翼船纵向姿态估计的自适应观测器设计

针对水翼双体船在随机波浪作用下的不确定性、非线性和随机性,设计了一种不确定随机非线性系统自适应观测器来对水翼船的纵向姿态进行估计。首先建立水翼双体船在波浪中运动模型,然后在此基础上设计自适应观测器,最后,针对不同典型海况、航速、浪向进行仿真实验研究,结果表明:设计的水翼双体船自适应非线性观测器对于水翼双体船的纵向姿态估计是稳定可行并且有效的,能解决水动力系数的不确定性。     

单点系泊油轮动力响应试验研究

单点系泊采油装置因其机动性强、经济性好、投产早等特点 ,已成为我国海上油田早期采用的主要装置。分析了引起海上单点系泊油轮纵荡、横荡、升沉、纵摇、横摇和平摇 6个自由度运动的原因 ,讨论了油轮各个自由度运动对油轮上设备正常工作的影响。研究表明 ,纵荡、升沉和纵摇对油轮设备影响最大。为了求得油轮这 3个自由度的运动 ,对单点系泊油轮进行模型试验。单点系泊油轮在海浪中的运动规律表明 ,在 ω/ g/Lbp=2 .5处纵摇和升沉运动最大 ,提出了减小油轮运动的一些措施     

基于T型水翼模型优化的穿浪双体船仿真研究

以某一特定穿浪双体船为研究对象,基于计算机流体动力(CFD)仿真软件,模拟了船体在不同海况和航速下的运动响应,通过对缩减船的纵向运动程度的分析,初步确定了T型水翼的安装位置为距离船艏9~39 m处,并对不同安装位置和不同立柱高度的T型水翼进行了水动力仿真,依据T型水翼的减摇原理以及对其在不同条件下升力系数曲线的分析,得到了受船体约束的T型水翼的最佳安装位置为距离船艏29 m及最佳立柱高度为2.55 m.结果表明:与船体相适配的T型水翼减摇效果显著,有效地改善了穿浪双体船的耐波性能.     

单点系泊油轮动力响应试验研究

单点系泊采油装置因其机动性强、经济性好、投产早等特点，已成为我国海上油田早期采用的主要装置。分析了引起海上单点系泊油轮纵荡、横荡、升沉、纵摇、横摇和平摇6个自由度运动的原因，讨论了油轮各个自由度运动对油轮上设备正常工作的影响。研究表明，纵荡、升沉和纵摇对油轮设备影响最大。为了求得油轮这3个自由度的运动，对单点系泊轮进行模型试验。单点系泊油轮在海浪中的运动规律表明，在w／√g/Lbp＝2．5处纵摇和升沉运动最大，提出了减小油轮运动的一些措施。     

水翼双体船纵向姿态鲁棒估计的仿真实验研究

针对水翼双体船纵向运动的非线性,提出了一种基于 T-S 模糊模型的鲁棒滤波器,对水翼双体船的纵向运动姿态进行估计。建立水翼双体船运动模型的 T-S 模糊模型,将鲁棒滤波与 T-S 模糊模型相结合,建立基于 T-S 模糊模型的鲁棒滤波器,结合线性矩阵不等式求解增益矩阵,对水翼双体船的纵向姿态进行估计,并运用Matlab进行仿真。仿真结果表明,该方法是有效可行的。     

高速水翼船垂荡与纵摇运动模拟

从受力分析的角度,建立了垂荡和纵摇的数学模型.给出了模型中各个参数的计算方法,尤其是对水翼产生的升力进行了详细地分析.为了验证模型的有效性,基于一艘高速水翼双体船HC200B,使用Matlab的Simulink工具箱进行了仿真研究,给出了在12个航速点的上浮量和纵倾值,以及在设计航速的船体姿态.对比仿真数据和实验数据,包括高速域附近的数据,二者相符得很好,这表明了所提出的模型是合理的.     

船舶纵摇-升沉运动系统的解耦

针对船舶纵摇-升沉运动二阶系统的解耦问题,给出二阶系统可对角化的充分必要条件及相应的证明,提出了一种基于同谱构造的船舶纵摇-升沉运动系统的解耦方法.利用解耦前后系统必须同谱的特性,构造了解耦系统的3个参数.通过数值实验实现了一个对称的二阶系统的同谱解耦,结果表明：该解耦方法简便易行,解耦前后系统完全同谱,能够保证运动系...     

船舶在规则波中纵摇与升沉运动的仿真

对船舶在波浪上纵摇与升沉运动的数学模型进行了介绍和分析，并根据船舶在波浪中运动的特点，对此数学模型的各个系数进行了适当的简化，然后，运用MATLAB语言以SR108集装箱船为例进行了仿真研究，所介绍的数学模型为开发六个自由度的船舶操纵操纵模拟器奠定了技术基础。     

基于OpenGL和3DS MAX水下机器人运动可视化研究

超小型水下机器人运动可视化仿真在整个机器人的研制中占有非常重要的地位.基于三维建模软件3DS MAX和OpenGL,在个人PC机上的视景仿真系统开发出来.利用建模软件建立水下机器人模型,并将其转换为OpenGL的C代码,在VC++开发环境中实现了水下机器人模型的控制与显示、三维场景的模拟以及场景与模型的结合.仿真结果表明:该系统能够逼真地反映水下机器人在场景中的运动情况.     

水翼船纵向运动姿态的自适应滑模控制器设计

以水翼船的纵向姿态稳定为目标,为了解决水翼船在实际航行中存在干扰和不确定性因素的问题,设计了基于反步法的自适应滑模控制器,对水翼船的纵向运动姿态(升沉位移和纵摇角)进行控制,利用Matlab进行了仿真实验,结果表明:基于反步法的自适应滑模控制器能够有效抵消干扰的影响,在给定期望姿态条件下,升沉位移和纵摇角能够在规定时间内稳定在一定误差范围内,水翼船的升沉位移和纵摇角在加入控制器后得到了明显改善,与未加入控制器相比,最大值分别下降了76%和90%。     

基于DMC1380三轴运动控制卡的软件系统开发研究

采用PC机+DMC1380运动控制卡模式,以VC++6.0为开发工具,开发了具有通用性、开放性的三轴运动控制系统平台,实践证明该系统运行可靠、控制精度高。     

一种新型船用起重机综合补偿系统原理及运动学模型

针对深水吊装作业摆动抑制和升沉补偿问题,提出一种新型船用起重机综合补偿系统.在船用起重机底座加装防摇平台,使船用起重机保持平稳.船舶升沉运动则由液压绞车补偿,从而降低综合补偿的能耗.介绍综合补偿系统的组成和原理,并进行系统的运动学建模,求得在船舶横摇角、纵摇角、升沉条件下各个转动关节的关节角及对应液压缸的长度.     

运动参数对近波面拍动翼推进性能的影响

研究水翼不同运动参数对近波面二维刚性拍动翼推进性能的影响。首先,根据计算流体动力学(CFD)建立了近液面水翼的计算模型,然后采用速度边界造波及动网格等方法对不同参数下水翼的运动及水动力性能进行模拟和分析,最后,计算比较水翼处于无界流中及近静水面时性能。研究结果表明:恰当的水翼摇摆与升沉间相位差能够有效增加翼推力,提高翼推进效率及波浪能利用效率。波面的存在及恰当的翼摇摆与升沉相位差可增加水翼尾涡梯度、减小涡分布范围,从而增加翼推力及效率。此外,水翼大摆幅角运动可获得较高的推力及效率,而大升沉幅度下水翼推力较高,但效率较低。     

内置操纵特性的导航接口模拟器设计与实现

为方便在软件中高效地实现船舶操纵运动数学模型实时计算功能,综合考虑船舶操纵运动数学模型的代码量和执行效率,提出在软件内嵌数学模型开发中使用MATLAB和VC++混合编程技术。使用VC++实现界面的绘制并完成导航接口模拟器的程序编写,船舶操纵运动数学模型计算得到的船舶运动状态数据按照导航协议通过以太网接口发送给"海浪监测设备"进行设备测试。软件测试结果表明混合编程满足了软件的设计需求。通过VC++、MATLAB混合编程的方式实现了复杂数学模型的软件设计,极大地提高软件开发效率。     

局部气垫双体船在规则波中的运动研究

结合模型试验和数值计算两种方法研究了局部气垫双体船在迎浪规则波中的运动.首先,通过模型试验对气垫压力进行监测,记录了其随波浪的变化情况,并与其他参数进行对比,得到了不同运动随波浪的变化规律;然后,采用数值计算方法对其在波浪中的运动响应进行预报,记录了气垫舱室内的速度矢量和自由液面变化,并将计算结果和试验现象进行对比分析.结果表明:气垫压力随波浪的周期性变化规律与升沉、纵摇运动相反,与加速度相同;数值计算能够对各个运动的周期性振荡进行合理的预报,且各运动参数的幅值响应在高频区具有相当的精度,但数值计算对纵摇响应的预报误差较大,须要改善气囊形式提高精度.     

基于VC++和Simulink的制导与控制实验教学仿真系统设计

开发的实验教学仿真系统充分融合了Simulink和VC++的优点,实现高度可视化和高效率的仿真,给出了仿真系统设计流程。学生可通过该仿真系统人机交互界面操作完成虚拟导弹、目标运动参数的输入、测试、显示、存储、分析,完成导弹制导控制系统控制规律与比例导引规律的优化设计仿真验证。实践教学表明,开发的仿真系统运行稳定,操作方便直观,为学生提供了良好的实验虚拟仿真平台, Simulink与VC++混合编程的方法行之有效,对软件开发者有借鉴作用。