舰船纵向运动系统的数值解耦

为实现舰船纵摇和升沉运动的解耦,基于保结构同谱流算法,提出一种解耦变换的寻找方法,将寻找解耦变换的非线性问题转化为Sylvester方程的求解问题,并利用矩阵Kronecker积的相关知识快速找到解耦变换.基于水池实验获得的纵向运动数据进行的数值实验仿真结果表明该方法确实可行.     

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.     

水翼双体船升沉/纵摇鲁棒控制与视景仿真研究

针对高航速下水翼双体船升沉、纵摇运动问题,提出水翼上附加可控式襟翼结构,建立了水翼双体船运动控制系统数学模型,采用鲁棒H_2/H_∞控制的方法来控制前后襟翼角转动,使其提供相应的扶正力和力矩,减小船体升沉、纵摇运动;同时结合MultiGen Creator、Vega和VC++6.0软件开发平台,设计实现了水翼双体船升沉/纵摇运动控制视景仿真系统,给出了在VC++中构建的运动控制数学模型算法模块,以及串口通信技术来实现实时的物理通信。仿真结果表明,所提控制方法可有效减小水翼双体船的升沉、纵摇运动,提高了水翼双体船的适航性,同时搭建的视景仿真系统更形象直观地展现了运动控制过程,具有交互性高、实时性好的优点。     

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%.     

基于谱信息的二阶系统解耦研究

数值代数领域通过保持Lancaster结构来研究二阶系统的解耦问题,但寻找到解耦变换涉及到了非线性方程组求解问题,难以实现.提出了一个二阶系统解耦的新方法,根据解耦前后的同谱信息来确定解耦后的系统,将解耦变换的求解问题转化为齐次线性方程组的求解问题.数值试验验证了所给方法的正确性.     

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     

根据船舶运动数据实时估测船体波浪载荷

论述了一种时域估测方法，采用人工神经网络技术建立了垂向波浪栽荷与纵摇、升沉运动的时域关系模型。将上述方法获得的载荷估测值和应变法测量值进行比较验证，可以确保船舶响应监测系统(HRMS)的有效运作。船模实验验证了该方法的有效性。     

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。     

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。     

高速滑行艇“海豚运动”现象的实时数值预报方法

基于计算流体力学软件FLUENT及滑行艇纵向运动方程,编写了耦合求解滑行艇纵向运动响应特性的数值预报程序,进行了均匀来流中三维滑行艇模型"海豚运动"现象的数值模拟,分析了滑行艇在不同航速及重心位置条件下的升沉、纵摇运动特性.结果表明:当滑行艇的重心与艇艉的距离lg=0.231L(L为艇长),体积Froude数Fr▽≥2.7时,滑行艇出现"海豚运动"现象,且艇体的升沉量、纵倾角和响应频率均随着航速的增加而增大;当Fr▽=5.0,滑行艇重心处于lg=0.381L,0.351L时均出现"海豚运动"现象,且其升沉量、纵摇角的幅值和响应频率均随着重心纵向位置移向艇艉而增大.     

基于双向差分的船舶横摇时间序列的预报

根据船舶在随机海浪作用下的运动特性,基于双向差分算法建立模型,并运用于船舶横摇运动时间序列的预报,取得较好的效果.该模型也可用于纵摇、艏摇的时间序列的预报.     

船舶垂荡运动下转子-隔振系统的非线性动力学分析

为了分析船舶垂荡运动下,气囊-浮筏隔振装置耦合转子系统的运动规律,建立了船体垂荡作用下具有气囊-浮筏隔振装置的转子-轴承系统动力学模型。采用数值方法对系统的稳态响应进行仿真计算,讨论了转子系统随转速变化的非线性动力学特性,以及气囊-浮筏隔振装置对转子系统振动的抑制效果。结果表明：随着转子转速的增加,转子系统的动力学响应出现拟周期、多分支拟周期以及混沌等复杂的非线性动力学现象。在较宽的转速范围内,气囊-浮筏隔振装置能够有效抑制转子系统的振动,并能滞后和限制转子进入混沌状态。     

主动磁悬浮轴承的解耦控制

运用解耦控制策略对六自由度刚性转子主动磁悬浮轴承（ＡＭＢ）进行控制,应用基于逆系统理论的状态反馈线性化方法,设计出非线性控制器。将ＡＭＢ这一多变量、强耦合及非线性的系统,分解为６个单变量无耦合的线性子系统,并对线性子系统进行了综合。仿真表明,此控制策略实现了各自由度之间的动态解耦,系统的动态性能较传统的ＰＩＤ控制方法有明显的提高。     

机器海豚尾鳍运动模型的建立及仿真

以海豚背腹式摆动推进方程为基础,应用坐标变换的方法,建立了描述海豚尾鳍俯仰--沉浮运动的数学模型,同时建立了描述豚尾各运动参数之间关系的方程,随后运用Matlab的仿真功能再现了海豚在游动过程中尾鳍的运动规律.该模型可用于定性描述运动参数对海豚推进性能的影响,为进一步研究豚尾动力学提供了理论基础,同时也为机器海豚尾鳍的控制设计提供了理论依据.     

双尾鳍渔船船型的耐波性试验研究

本文分析了深、浅吃水双尾鳍渔船的耐波性模型试验（试验项目包括：流线试验；静水中自由衰减试验；横摇、纵摇、升沉试验；船艏垂向加速度测定；甲板上浪试验和螺旋桨出水频率试验），与实船在不规则波中的性能预报，及具有良好耐波性的球尾渔船进行比较。结果表明：浅吃水双尾鳍渔船船型具有良好的耐波性。     

神经网络解耦控制在多变量控制系统中的应用

应用神经网络解耦控制,实现多变量系统的最优控制.通过引入神经网络环节,对多变量系统进行解耦,解耦后的子系统变为单变量系统.因此将多变量控制变成单变量控制.解耦控制采用前馈补偿器解耦,解耦补偿器采用BP神经网络结构.仿真结果表明,该控制策略具有较好的动态跟踪特性,能满足复杂多变量控制系统的控制要求.     

拖曳水池阻塞效应对不同船型影响数值研究

在进行变尺度船模系列试验、大尺度船模自航试验、几何相似船模尺度效应试验或者比较不同尺度水池的试验结果时,必然要遇到阻塞效应问题.在水池尺度较小、船模尺度相对较大时,阻塞效应尤其突出.阻塞效应混在各种分析结果中,影响结论的准确性,必须予以修正.采用计算流体力学(CFD)方法,通过改变计算域的大小来改变阻塞比,利用流体体积分数(VOF)方法捕捉船舶的自由液面,计及升沉和纵倾两个自由度,对两种船型进行了不同阻塞比、不同航速下的阻力数值计算,探究船型、水池宽度和深度与阻塞效应影响程度的关系,获得了阻塞效应的影响规律,并对拖曳水池的阻塞效应修正提出了合理化建议.     

一种基于核ridge回归的解耦控制系统

提出了一种新的基于核ridge回归的解耦方法。该方法具有传统径向基(RBF)神经网络解耦方法对被控对象数学模型依赖性小的特点，同时又能有效地克服RBF神经网络解耦方法对训练样本要求高、噪声敏感和解耦速度慢的缺点，经核ridge解耦器补偿后的控制系统具有被调节量和调节量之间耦合作用小、动态特性好、稳定性强的优点。补偿后的控制系统具有很强的校正能力，对外界各种干扰也有较强的解耦效果和控制质量。仿真试验表明，采用核ridge解耦器的多变量控制系统能够有效地解除系统各变量之间的耦合作用，且结构简单、易于实现，大大增强了解耦控制系统的实用性能。