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《风帆船模操纵实验定常风模拟控制系统_刘明远1》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、式汉水运工程学院学报1了年竿期又.o1勺吕(第1卷)风帆船模操纵实验定常风柳嶙制系统`.奋刘明远文野(船舶原理教研空)提要本文介绍用了模拟的方法进行风帆助航船自由自航模在定常风宁的操纵性实验荆用安装在般模上的空气桨产生的升力来模拟风帆船在定常风中的受力情况,,空气桨的转,,速和转向由微机控制故能在大范围空间中模拟念常风进行风帆助航自由自航船樟的操纵性实验。:风帆助航;定常风;空气桨;实时控制,数据采集与处理关健词“”的研究中,在我院承担的国家科学基金资助项目风帆助航船需要视少定风帆船在定常。,又风作用下
2、的操纵性能影响为此我们在我院的8060m露天操纵水池中进行了风帆骼自由。。自航船模的操纵性实验而实验过程中最重要而又最难解决的问题是定常风的产生露天水池范围,,,。如此大人为地制造均匀的定常风相当困难即使可以做到其投资也非常大到目,国,前为止内未见到这种实验的报道只见过日本有在露天水池做定常风中自由自航风帆助,。航船模实验的消息但具体的方法和手段未见其详,为了解决在露天水池进行风帆船自由自航船模操纵性实验定常风的产生问题我们采用,即取掉船模上的风帆及上层建筑,代之以空气桨,利用空气了一种模拟的方法桨转动
3、时产。,生的升力来模拟整个风帆船体及风帆在定常风中的受力情况这样定常风的产生向题就转,。·变为空气桨的转速和转向的麟题而这在实验过程中又是可以解决的在本靛来啊巍,。用微机来控制空气桨成功地完成了风帆助航船自由自航模在定常风中的操纵性实验一、模拟系统的动态分析和控制过程:风帆船回转实验时在定常风中的受力情况如图i所示,:,风帆船在定常风中所受的力可以等效为F及M.侧.口..佃占山```~`是二`=;刁`三``~`一一“”。国家科学基金资助项目风帆助航船中的一个部分,,,。”本系统传感器驱动电路执行机构部分
4、由刘明远完成计算机部分由文野完成1口3ō、己一V产一ōé、、尸ōV一一一v?图1一》一知一卜,.:_:F=Fi+F1M=Mk,.~J.F二沿船;F,,式中模纵向坐标轴的分力沿船模横向坐标轴的分力,—。—M绕船模竖向坐标轴的力矩—,二、,、:按照流体力学理论FFM可表示为二·,2、·二、aF一p二A万(。a)C(日)一i2.·“,、a·,、a合PAV(日)C(日)。··:·、·M、M一pAL了一(日a)C(。a)合,“=:“+,“+Z,·eosa+VVVV二V(日)。,p空气的密度,A式中风帆及水线以
5、上船体受风面积.—,V,—V船模航速定常风速,——,,a,V相对风速定常风向与船模中纵轴线夹角日—,L.—,漂角船模总长C二—、、,、、M、—。(日a)C(日a)C(日a)风帆船在风洞试验中确定的系数。—船模上设置的三个空气桨如图2所示、一丁奋。卜一一弃绮l了丫图2、、,、Z、。。,,设桨l桨2桨3产生的升力分别为FFF桨1到桨2的距禽为l桨2到桨3:,的距离为I则有二:,=:+3:二、,一。2F=FFFFMF1F1,二,,:。,所以桨2用来模拟F桨1和桨3用来模拟F和M这样就可以用三个空气桨来:,和力
6、矩M模拟风帆船在定常风中所受的等效作用力F当做自由自航船,12,,模回转实验时在1和1确定的情况下船模进入稳定回转后可根据风卜,:a,工、Z。a。帆船操纵运动方程得出FF和M仅为的函数即FF和F与成一定的函数关系,a。,、Z3在定常风中随船模运动时的首向角印的变化而变化这就可进一步导出FF和F与甲,:l=lZ=23=3。成一定的函数关系即Ff`甲”F``甲”F``甲’这三个数关可过里至姗。,,·,风洞试验和电算获得按照这三个函数关系控制三个空气桨即可模拟出F和M再根辉104甲,:、Z。船模在运动时的首向
7、角来控制三个空气桨的转速和转向从而达到控制FF和F的大。小和方向的目的,。另外首向角CP在该实验中是很容易得到的利用应变天平和动态电阻应变仪可以率定出空气桨的转速n与所产生的升力F之间的函,。数关系曲线如图3所示对于三个空气桨可以率定出三条类似的曲。,线根据前面所述的F=f(印)函数关系利用大量的风洞试验数据及电算的结果求出F一甲,,曲线再根据F一小和F一n两条曲线可进一.n(,玉”,)n一。,州步导出冲曲线这样我们只要根据山的变化来改变n即一可达到拉制F的目的。,并激式在各类直流电机中直流电机的转,速
8、调节范围大并且在低电压情况下的转速稳图3,。,,定特性较硬因此我们选用并激式直流电机作为呕动空气桨的动力并采用改变电压的方法来获得稳定、平滑、连续的正反向调速性能。、二控制系统总框图及其硬件,。根据前面的分析可组成图4所示的控制系统一一王亚巫囚王亘画}巨画回区剔~图全在这,,以得到首向角协电信号,个系统中首向角传感器采用安装在船模上的方位陀螺,、数据采集和数据处理部分由TP一801单板机完成并在该机上扩展了必要的模/数转换器接口芯片和外围电
