风浪中船舶操纵运动建模与仿真

本文利用1993年浜本刚实提出的水平的随体坐标系(Horizontal Body Axes System)，建立六个自由度船舶操纵运动数学模型，然后，利用MATLAB编程、绘图，以及SIMULINK动态系统仿真集成软件包对船舶操纵运动进行仿真。由于时间紧迫，且本人水平有限，在对操纵运动进行仿真试验时，遇到了困难，于是仅对四个自由度运动模型进行了旋回仿真试验，试验结果比较理想，最后还对风浪中船舶旋回运动进行了安全分析。在建立数学模型时分别研究了作用在船体、桨、舵上的力和力矩以及三者之间的相互干涉关系，充分考虑了经典的MMG三个自由度的船舶平面运动与横摇、纵摇、垂荡的耦合，并考察了风干扰力和力矩模型和波浪干扰力和力矩模型，将船舶在风浪中的操纵运动与摇荡运动结合起来。在对操纵运动进行仿真试验时，仅对四个自由度运动模型进行了仿真。仿真结果表明该模型的精度能满足实际的要求，而在不同工况下的仿真结果进行分析，得出以下结论：船舶在风浪中旋回操

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近年来对船舶操纵运动数学模型的研究主要从两方面入手,一是从基本运动方程出发,求出运动参数进行建模；二是运用控制理论,将船舶作为一个动态系统进行研究。本文正是从这两个角度出发,考虑到操舵过程中舵角变化和航速变化对船舶操纵性能的影响,以大连海事大学实习船“育龙”轮为例分别建立其Nomoto模型和改进后的Nomoto模型,并通过回转试验验证模型的正确性。国内很多人在对MMG模型的使用上存在误区,本文通过对其建模机理的学习,以校船为例建立其MMG模型。另外本文对于不同的船舶运动数学模型的建模方法进行了系统的研究,并期望通过对现存一些问题的分析,对模型的建立提出几点改进的意见。通过对传统Nomoto模型的研究发现其建模过程中并没有考虑到操舵对船体流体动力的干扰,本文根据Clarke的相关研究并结合实船数据对相关线性流体动力导数加以修正。然后利用Simulink对模型进行旋回仿真,结果发现仿真数据与实船适航数据基本吻合,验证了所建立的船舶运...

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船舶日益大型化,港内水域操纵严重受限,使用以全回转拖轮为代表的港作拖轮协助大船靠离泊对于保障港口安全生产意义重大。全任务交互式拖轮模拟器能够更好地进行驾驶员、引航员等相关人员的培训。拖轮作业运动数学模型体现拖轮模拟器的行为真实感,模型精准与否是衡量拖轮模拟器性能的重要指标。建立拖轮六自由度运动数学模型能够更加精确地模拟出拖轮真实的运动状态,提升拖轮模拟器的品质。本文研究了规则波中全回转拖轮六自由度运动数学模型,主要完成以下工作:1)在前人研究的基础上,基于分离型建模的思想,结合船舶操纵性与耐波性,建立全回转拖轮六自由度耦合运动数学模型。2)鉴于全回转拖轮运动的多态性,本文采用杨盐生提出的兼顾低速域与常速域的水动力和力矩计算方法,计算操纵性相关的船体水动力和力矩;基于耐波性原理求取耐波性相关的水动力和力矩,其中与船舶垂荡、纵摇运动的相关水动力导数使用STF切片法计算。3)借鉴芳村康南计算螺旋桨推力系数的方法,根据第一象限导管螺旋桨...

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为了使操船者能够准确预判船舶动态，减少乃至避免事故的发生，船舶在限制水域的多工况仿真预报的研究尤为重要，实际意义十分明显。然而，到目前为止，关于螺旋桨反转制动及倒航的仿真预报研究仍然不够成熟。本文对船舶运动建模与仿真的研究工作是在考虑到船和环境的相互作用下进行的。首先，考虑到船舶在螺旋桨逆转情况下必将经历倒车制动和倒车倒航过程。因此，本文在对前人提出的常速域数学模型和浅水、低速、大漂角数学模型研究的基础上，并考虑到船舶运动的连续性，采用了将两种数学模型相结合的方法建立了既能体现船舶在常速域的运动特性，又能体现船舶在浅水、低速、大漂角情况下的运动特性的船舶运动数学模型。即在建立运动数模时，小漂角(小于20度)采用贵岛模型，大漂角(大于30)采用芳村模型，漂角在两者之间是采用两个模型的内插。考虑浅水影响时采用了贵岛的研究结果。然后，为了满足船舶多工况动态仿真的需要，本文给出适用于计算机仿真的螺旋桨推力系数与转矩系数的四象限计算方法。...

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造船工业和远洋航运飞速发展,船舶逐渐向着大型、智能和高速方向发展,货运量的增加和航运线路的复杂化给船舶的操纵系统带来了挑...

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在船舶操纵过程中,水流对船舶冲程和延时的影响对避让效果有着重要的、不可...

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通过分析案例教学在船舶操纵教学中的重要意义及实际操作时应注意的问题...

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