風浪中船舶操縱運動建模與仿真

本文利用1993年浜本剛實提出的水平的隨體坐標系(Horizontal Body Axes System)，建立六個自由度船舶操縱運動數學模型，然后，利用MATLAB編程、繪圖，以及SIMULINK動態系統仿真集成軟件包對船舶操縱運動進行仿真。由于時間緊迫，且本人水平有限，在對操縱運動進行仿真試驗時，遇到了困難，于是僅對四個自由度運動模型進行了旋回仿真試驗，試驗結果比較理想，最后還對風浪中船舶旋回運動進行了安全分析。在建立數學模型時分別研究了作用在船體、槳、舵上的力和力矩以及三者之間的相互干涉關系，充分考慮了經典的MMG三個自由度的船舶平面運動與橫搖、縱搖、垂蕩的耦合，并考察了風干擾力和力矩模型和波浪干擾力和力矩模型，將船舶在風浪中的操縱運動與搖蕩運動結合起來。在對操縱運動進行仿真試驗時，僅對四個自由度運動模型進行了仿真。仿真結果表明該模型的精度能滿足實際的要求，而在不同工況下的仿真結果進行分析，得出以下結論：船舶在風浪中旋回操

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近年來對船舶操縱運動數學模型的研究主要從兩方面入手,一是從基本運動方程出發,求出運動參數進行建模；二是運用控制理論,將船舶作為一個動態系統進行研究。本文正是從這兩個角度出發,考慮到操舵過程中舵角變化和航速變化對船舶操縱性能的影響,以大連海事大學實習船“育龍”輪為例分別建立其Nomoto模型和改進后的Nomoto模型,并通過回轉試驗驗證模型的正確性。國內很多人在對MMG模型的使用上存在誤區,本文通過對其建模機理的學習,以校船為例建立其MMG模型。另外本文對于不同的船舶運動數學模型的建模方法進行了系統的研究,并期望通過對現存一些問題的分析,對模型的建立提出幾點改進的意見。通過對傳統Nomoto模型的研究發現其建模過程中并沒有考慮到操舵對船體流體動力的干擾,本文根據Clarke的相關研究并結合實船數據對相關線性流體動力導數加以修正。然后利用Simulink對模型進行旋回仿真,結果發現仿真數據與實船適航數據基本吻合,驗證了所建立的船舶運...

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船舶日益大型化,港內水域操縱嚴重受限,使用以全回轉拖輪為代表的港作拖輪協助大船靠離泊對于保障港口安全生產意義重大。全任務交互式拖輪模擬器能夠更好地進行駕駛員、引航員等相關人員的培訓。拖輪作業運動數學模型體現拖輪模擬器的行為真實感,模型精準與否是衡量拖輪模擬器性能的重要指標。建立拖輪六自由度運動數學模型能夠更加精確地模擬出拖輪真實的運動狀態,提升拖輪模擬器的品質。本文研究了規則波中全回轉拖輪六自由度運動數學模型,主要完成以下工作:1)在前人研究的基礎上,基于分離型建模的思想,結合船舶操縱性與耐波性,建立全回轉拖輪六自由度耦合運動數學模型。2)鑒于全回轉拖輪運動的多態性,本文采用楊鹽生提出的兼顧低速域與常速域的水動力和力矩計算方法,計算操縱性相關的船體水動力和力矩;基于耐波性原理求取耐波性相關的水動力和力矩,其中與船舶垂蕩、縱搖運動的相關水動力導數使用STF切片法計算。3)借鑒芳村康南計算螺旋槳推力系數的方法,根據第一象限導管螺旋槳...

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為了使操船者能夠準確預判船舶動態，減少乃至避免事故的發生，船舶在限制水域的多工況仿真預報的研究尤為重要，實際意義十分明顯。然而，到目前為止，關于螺旋槳反轉制動及倒航的仿真預報研究仍然不夠成熟。本文對船舶運動建模與仿真的研究工作是在考慮到船和環境的相互作用下進行的。首先，考慮到船舶在螺旋槳逆轉情況下必將經歷倒車制動和倒車倒航過程。因此，本文在對前人提出的常速域數學模型和淺水、低速、大漂角數學模型研究的基礎上，并考慮到船舶運動的連續性，采用了將兩種數學模型相結合的方法建立了既能體現船舶在常速域的運動特性，又能體現船舶在淺水、低速、大漂角情況下的運動特性的船舶運動數學模型。即在建立運動數模時，小漂角(小于20度)采用貴島模型，大漂角(大于30)采用芳村模型，漂角在兩者之間是采用兩個模型的內插。考慮淺水影響時采用了貴島的研究結果。然后，為了滿足船舶多工況動態仿真的需要，本文給出適用于計算機仿真的螺旋槳推力系數與轉矩系數的四象限計算方法。...

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造船工業和遠洋航運飛速發展,船舶逐漸向著大型、智能和高速方向發展,貨運量的增加和航運線路的復雜化給船舶的操縱系統帶來了挑...

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在船舶操縱過程中,水流對船舶沖程和延時的影響對避讓效果有著重要的、不可...

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通過分析案例教學在船舶操縱教學中的重要意義及實際操作時應注意的問題...

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總結

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