船舶气动式抗横倾装置自动控制系统控制策略的研究

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1、中文摘要摘要横倾会给船舶的操纵性、安全性和经济性带来极大的危害，对于那些特殊的船舶，如火车轮渡船、重型起重船、大型集装箱船等安装高效的抗横倾装置是十分必要的。传统的抗横倾装置，如阀门切换式和水泵驱动式，由于受水泵排量及泵的启动与换向时间的限制，响应速度慢，横倾补偿率低，很难满足那些特殊船舶的需要。气动式抗横倾装置具有快速性、高效性和可靠性等优点，能够及时纠正船舶的横倾，使船舶迅速达到正浮状态。目前，我国尚无自行生产气动式抗横倾装置的能力，对这方面的研究还很少，仅对气动式抗横倾装置的基本组成和工作原理有一定的

2、研究，但是对其核心控制系统的控制策略和实现方法还知之甚少。本文针对这种情况，对气动式抗横倾装置的控制策略进行了深入研究，主要完成了如下工作：首先，分析了船舶气动式抗横倾装置的基本结构及工作原理，并从静力学和动力学两方面对船舶横倾运动进行了分析，建立了“船舶．气动式抗横倾装置”系统的数学模型；然后将PID控制器、模糊控制器及模糊PID控制器的原理运用于气动式抗横倾装置自动控制系统中，应用MATLAB软件对PID控制、纯模糊控制及模糊PID控制系统进行仿真，深入分析系统的控制性能，结果表明模糊PID控制器能很好

3、的满足气动式抗横倾装置自动控制系统的性能要求；最后通过对模糊单片机和数字单片机编程，实现了模糊PID控制在气动式抗横倾装置自动控制系统中的应用。关键词：气动抗横倾；PlD控制；模糊控制；仿真；单片机英文摘要ABSTRACTHeelingcarlbdnggreatharmtoship’Soperability,safetyandeconomy．Soitisnecessarytoinstallhigh—efficiencyanti-heelingdeviceforthosespecialships，suchas

4、thetrainferry,heavyliftship，largecontainershipandSOon．Thetraditionalanti-heelingdevice，suchaStheanti—heelingdeviceactivitedbypumporvalve-swithed,hasslowresponseandcompensationratebecausetheoutputofthepumpislimitedandalsothepumpneedsacertainperiodtostartorr

5、everse．Itisverydifficultforthetraditionalanti-heelingdevicetomeettheneedsofthosespecialships．Thepneumaticanti-heelingdevicehasafastresponse，highefficiencyandreliabilityadvantages，SOitCancompensatetheheelingmomentquicklyenoughtomaketheshipreachuprightfloati

6、ngstaterapidly．Currently,0111"countrystillhasnotheself-reliantabilitytoproducepneumaticanti-heelingdevice，andresearchinthisareaisstillsmall，onlyaboutpneumaticanti-heelingdevice’Sbasiccomponentsandworkingprinciple，butthecontrolstrategyofitscorecontrolsystem

7、andimplementationmethodisstillpoorlyunderstood．Aimingatsuchacondition，thisthesishascompletedin-depthstudyonthecontrolstrategyofthisdevice．Themainworkis硒followed：Firstly,analysethepneumaticanti—heelingdevice’Sbasicstructureandworkingprincipleandtheheelingmo

8、vementinstaticsandkinematicsrespectively,establishthemathematicalmodelofthesystemof“ship-pneumaticanti-heelingdevice”．Secondly,respectivelyapplythePIDcontroller,fuzzycontrollerandfuzzyPIDcontrollertothecontro