为航船插上平衡的翅膀——记哈尔滨工程大学（原哈船院）的减摇鳍技术

很多乘坐过海船的人都有过因航船摇晃和颠簸而寝食难安、呕吐不止的难忘经历,这是航船没有减摇装置而被动受海浪作用的必然结果,跨入新世纪,随着船舶减摇技术的日益完善和广泛应用,船舶摇摆这一影响人们出海旅行、作业,甚至威胁人们生命安全的问题可望在不远的将来得到解决。哈尔滨工程大学的船舶减摇与控制技术研究所30多年来一直致力于这一问题的研究,并已取得丰硕的成果,成功研制出一系列船用减摇鳍,即在船体的两侧加装带有传感、控制及液压系统的“鳍”,通过这成对的鳍对海浪施以适当的反作用力,抵消海浪对船只的作用力,从而达到船舶减摇的目的。该研究所研制的减摇鳍已装备渔政船、大型缉私艇、公安艇和高速交通艇等国内外船只236艘,总产值已超过1亿元。     

船舶减摇鳍智能控制器(英文)

提出基于自适应网络模糊推理系统 (ANFIS)的神经 模糊控制器作为船舶减摇鳍系统的控制装置。仿真结果表明 ,ANFIS控制器在恶劣海况下也能够改善船舶的横摇减摇性能。该智能控制器有希望作为常规PID控制器的改进选择     

减摇鳍控制方法仿真研究

介绍了减摇鳍传统的按力矩控制方法,在此基础上结合海浪扰动力矩提出了一种新的控制方法,并根据其存在的问题进行了分析改进.基于M atlab6.5对控制方法进行了仿真,并给出了仿真结果.仿真结果表明,提出的新控制方法能够大大降低船舶横摇,具有良好的减摇效果.     

被动式减摇水舱减摇效果的评定

通过模型在规则波系列及不规则波中的试验，并结合有关的分析计算，指出被动式水舱的减摇效率与船舶本身的无因次横摇衰减系数μ有关，其规律大体呈线性关系。船舶本身的μ越小，加装水舱后能获得的减摇效率越高。当船舶在高海况下航行时，用减摇效率来评价水舱的减摇效果已无实际意义，应该直接在不规则波中进行试验。如果加装水舱后得到的有义横摇幅值能满足船舶耐波性衡准中限定的数值，则可以认为该水舱达到了预期的减摇效果。     

滚装船减摇装置设计及仿真分析

设计一种滚装船机械式减摇装置,该装置利用运载的车辆和货物作为减摇质量体,在不减小船舶承载能力的前提下,可以有效提高系统的质量比,得到较好的减摇效果。详细阐述了各部分的结构和功能,并通过分析减摇装置的质量比、阻尼比和固有频率比对减摇指数的影响规律,得出各参数的最佳选择范围。以宝华号滚装船的参数为样本,确定了弹簧参数和阻尼器参数。仿真结果表明,减摇装置具有较好的减摇效果。     

装减摇鳍的船舶在不规则海浪中横摇的理论计算

一、前言近年来,应用概率统计理论来研究海浪和舰舶运动有了很大发展。为了保证舰船在风浪里有良好的运动性能,必须想法设计出耐波性好的舰船。因此舰舶的耐波性越来越引起人们的重视,国内外对于舰船在不规则波里运动的理论计算进行了大量的研究,并取得了可喜的成就。在此基础上,▲我们想对装减摇鳍的船舶在不规则波里横摇的理论计算进行些尝试,其原因是,目前看来仅以船型考虑设计出性能良好的船不易达到。特别是对船舶横摇运动更是如此,因此对一些先进的舰船都装有减摇鳍或减摇水舱,减少舰船的横摇。获得了良好的效果,因而,我们觉得在这方面作些工作还是有意义的,     

鳍梢小翼对船舶减摇鳍性能的影响

为改善鳍梢周围的流动结构并提高减摇鳍的综合性能,对加装鳍梢小翼的船舶减摇鳍进行数值研究,分析了减摇鳍在攻角和水流速度一定条件下,有/无鳍梢小翼以及小翼不同安装位置对减摇鳍流场和性能的影响.研究结果表明,加装鳍梢小翼可增加减摇鳍的升力,合理的安装方式可使升力提高18.4％;相对其他位置,小翼加装在减摇鳍鳍梢上方效果更好....     

船舶减摇技术研究进展

综述船舶常用减摇装置的研究现状,指出单一减摇装置在功能上的局限性和大型船舶采用综合减摇装置的必要性,通过对目前出现的综合减摇装置和技术的研究现状分析,得出综合减摇装置的减摇性能远远好于单一减摇装置的性能,船舶减摇技术将来的主要发展趋势是大力发展综合减摇技术.     

减摇水舱晃荡运动数值模拟研究

减摇水舱是一种全航速下都能起到减摇效果的减摇装置,研究减摇水舱在晃荡运动过程中减摇力矩的变化规律,是一件很有意义的工作.首先,考虑到减摇水舱在晃荡运动的过程中水舱角的变化对阻尼系数的影响,将阻尼系数看作一个时变的函数;然后求解船舶-水舱系统横摇方程,计算不同频率简谐运动形式下,减摇水舱对于船舶提供的减摇力矩;最后应用CFD方法,对水舱在上述运动形式下的晃荡过程进行3D数值模拟,求得的减摇力矩与理论计算值比较吻合.该研究工作为减摇水舱减摇力矩的计算提供了一个新方法,同时也为下一步的研究奠定了理论基础.     

基于FUZZY-PID复合控制的减摇鳍控制系统仿真

设计了基于模糊控制和PID控制理论的FUZZY-PID复合控制减摇鳍控制系统,以横摇角和横摇角速度为输入量,鳍角为输出量,基于Conolly理论建立了船舶模型,利用MATLAB针对不同海情对控制器进行了仿真,结果表明减摇鳍模糊控制器动态响应性能和稳态控制精度均十分理想,能够满足减摇鳍控制系统的控制要求。     

小型船舶的横摇减摇

评述了船舶尺度对较小型船舶的横摇响应的影响，以及在较小的波高和波长的海浪中对于小的横摇自然周期的船舶的升沉和横摇共振的影响。并且对各类小船的减摇装置的选择方法作了评论。另外，还提供 带有和不肯减摇装置的船模水池试验结果和实船航行试验结果。     

基于Backstepping与闭环增益成形的减摇鳍控制

为提高减摇鳍控制器的鲁棒性,将Backstepping算法与闭环增益成形算法相结合,设计一种非线性鲁棒控制器.采用Matlab的Simulink工具箱分别对相同海况下未进行减摇控制、在设定航速及航速减半状态时采用减摇鳍控制的非线性数学模型进行仿真.结果表明,该控制策略对于减摇鳍非线性控制系统十分有效,具有较强的鲁棒性.该算法的优点是设计过程简单,物理意义明显.     

基于极点配置的智能体PID运动控制器参数优化

针对智能体的运动控制问题,以水面船舶减摇问题为例,采用易于工程实现的经典PID控制器,提出了一种以时间乘横摇和艏摇的绝对误差累积和为性能指标的单纯形优化算法来解决控制器参数优化正定问题,该方法在理论推导出控制器参数的结果后再以实际系统输出做为优化的依据进行参数整定,最终实现对横摇和艏摇的最优控制,很大程度上提高了控制器的实用性;同时由于横摇和和艏摇的频带特性之间的差异,通过引入高通滤波器更好地解决了舵减横摇对航向影响的问题,仿真结果表明单纯形算法优化的控制器参数提高了控制效果,加入高通滤波器降低了舵减摇对航向的影响。     

水下机器人回收装置的动力学分析与实验验证

为提高AUV（autonomous underwater vehicle）布防回收过程中的效率和安全性,本文通过以船舶起重机为基础研究了一种不仅可以通过电机自主调节吊笼的开口方向而且能够利用绳索减摇使回收过程更加稳定的AUV水面布放回收装置,建立了船-起重机-吊点-减摇装置-吊笼的三维动力学模型,首先通过Adams搭建虚拟样机进行仿真,得出了当利用电机调节吊笼开口方向时四根绳索的拉力的变化和吊笼的姿态变化,然后利用Matlab联合仿真采用PID控制策略对其进行了减摇的仿真分析,验证了减摇方案的可行性。在已有的理论基础下搭建了实验样机进行了实验验证。结果表明:在受船舶激励的情况下,横摇的减摇效果达70%;纵摇的减摇效果达60%,电机进行姿态调整时各个绳索的拉力稳定能够完成姿态调整,能够有效的完成布放回收工作。可见当AUV靠近吊笼时依靠姿态调整电机进行姿态调整,使AUV能够进入吊笼;当AUV进入吊笼以后本装置有良好的减摇效果,使回收过程更加稳定。     

减摇鳍加载装置力函数发生器的研究

使用减摇鳍是减小船舶横摇的有效手段。在进行半实物仿真时，必须研究模拟加载装置。这种装置可以模拟需要的任何在指标范围内负荷曲线，因此，在系统中必须有一个函数发生装置生成负荷曲线。介绍了减摇鳍加载装置中加载某种力矩曲线的实现方法，并对负载信号进行了频谱分析。     

用DSP实现不规则波作用下台架电液力矩伺服系统控制器设计

船舶减摇水舱试验台架是研究减摇水舱特性的重要试验设备，而能否准确地模拟船舶在海浪中的横摇运动是设计试验台架的关键，介绍了用DSP实现不规则波作用下电液力矩伺服系统控制器并应用于减摇水舱试验台架，试验结果表明，加入DSP控制器后系统性能得到很大改善．     

舵鳍联合减摇与航向保持的非线性控制方法

为了研究船舶在固定航速下横荡、横摇和艏摇三个自由度运动的舵鳍联合减摇与航向保持控制问题,通过状态空间的划分,将状态含有绝对值的系统转化成为不含绝对值的切换系统,利用SOS(sum of squares)技术,分别设计了非线性状态反馈切换控制器和单控制器,并结合Lyapunov稳定性理论给出了闭环系统镇定的充分条件。仿真结果表明:在外扰的影响下,所设计的控制器使得船舶减摇效果明显,而且能够保持期望的航向。     

375吨交通船耐波性实船试验

375吨的海上交通船新安装了一对不可收放式减摇鳍。为了鉴定船在海浪中的运动性能和减摇效果,进行了两次海上实船试验,第一次是低海情的(浪高h(1/3)=1.316米),第二次是中海情的(浪高 h(1/3)=1.77米)。我们对两次试验结果进行了分析,对减摇鳍的效果进行了评价,同时将实验值与理论计算值进行了比较。     

船舶减摇鳍系统的变结构自适应鲁棒控制

针对船舶减摇鳍控制系统,考虑到船舶在大风浪中运动时,系统不可避免地存在非线性和不确定性的影响。将作者提出的对于不确定非线性系统的变结构自适应鲁棒控制策略应用于船舶减摇鳍控制系统。经仿真试验表明。该控制策略对于船舶减摇鳍非线性控制系统是十分有效的,特别是鲁棒性能令人满意。     

减摇鳍电伺服系统的计算机仿真研究

介绍了减摇鳍电伺服系统的基本组成和工作原理,并基于MATLAB6.5软件进行了建模和仿真,提出了一种按照海浪波倾角控制的计算方法,最后给出了仿真结果及分析.与传统的减摇鳍伺服系统相比,该伺服系统具有结构简单、制造和维护成本低、无变参数问题且易于实现数字化等优点,并且具有良好的减摇效果,仿真结果验证了该伺服系统的正确性和有效性.