摘 要

本課題在傳統(tǒng)自由自航模型基礎(chǔ)上增加了運動姿態(tài)的自動化控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的采集與存儲系統(tǒng)，從而提出了“自控船?！保ˋutomatic-controlled Research Model of Ships, ARMS）這樣一種概念，并以其開發(fā)作為論文的主要研究內(nèi)容。

開發(fā)了兩型自控船模系統(tǒng)，分別是ARMS-Ⅰ型與ARMS-Ⅱ型。包括推進系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。船型分別是高速單體船與三體船。完成了軸系、舵系的設(shè)計與加工，主機的選型與采購、螺旋槳及舵的設(shè)計、自航實驗的設(shè)計、運動控制程序與數(shù)據(jù)采集程序的編寫。Ⅱ型相比Ⅰ型，主要在推進與操縱系統(tǒng)上進行了改進與深化研究。

進行了推進性能試驗與操縱性能試驗，包括靜水阻力試驗、自由直線自航試驗與連續(xù)回轉(zhuǎn)試驗。并采用系統(tǒng)辯識的手段對實驗結(jié)果進行處理，得到了KT-J關(guān)系曲線。

試驗表明了自控船模系統(tǒng)，既可以高效率完成傳統(tǒng)自由自航模型試驗，又可以完成設(shè)計的新型實驗，與系統(tǒng)辨識手段結(jié)合，可以對船舶綜合航行性能展開研究。

該系統(tǒng)能夠在不進行約束模型試驗情況下得到操縱性方程水動力導(dǎo)數(shù)，可以在不進行螺旋槳敞水試驗的情況下得到其水動力參數(shù)，因此，有別于任何傳統(tǒng)的流體性能實驗手段，是一種全新的實驗系統(tǒng)，在水動力研究中擁有著良好的應(yīng)用前景與發(fā)展?jié)摿Α?br>
關(guān)鍵詞：自控船模，推進性能試驗，操縱性能試驗，運動控制，數(shù)據(jù)采集，綜合航行性能，水動力研究，系統(tǒng)辨識。





Abstract

The concept ARMS(Automatic-controlled Research Model of Ships)has been developed by adding Automatic Control System and Motion Measurement system to traditional free-running model. The thesis shows the process of how to develop ARMS.

Two types of ARMS, ARMS-Ⅰand ARMS-Ⅱ, have been developed, including the propulsion system, maneuvering system, Automatic Control System and Data Collection system. ARMS-Ⅰ is a high-speed monohull model ship and ARMS-Ⅱis a trimaran. Following work has been completed, the design and manufacture of shafting ,propellers and rudders, selections and purchase of motors and sensing device, programming of PLC and PAC and writing the test schemes.

Tests of propulsive performances and maneuverability have been carried out, including resistance tests in calm water, linear propelled test and free-running test. System identification theories are applied in the analysis of the datas. The KT-J curve is got.

The tests prove that ARMS are able to be more efficient to carry out traditional free-running model test and new types of experiments. Researches on sailing abilities of ships can be done by using ARMS, with the help of system identification theories.

ARMS are able to obtain hydrodynamic derivatives in maneuvering equations and parameters of propellers without doing captive model tests and propulsive tests. A new type of experiments has been developing by using ARMS and system identification which is potential in the researches of hydrodynamics.

Keyword: Automatic-controlled Research Model of Ships, propulsion test, maneuverability test, motion control, measurement system, sailing ability, hydrodynamic, system identification.

.







目 錄

摘 要 I

Abstract II

目 錄 III

第一章　緒論 1

1.1 論文研究背景 1

1.1.1 船舶綜合航行性能研究現(xiàn)狀 1

1.1.2 自動化技術(shù)在船舶水動力試驗中的應(yīng)用 2

1.1.3 系統(tǒng)辨識技術(shù)在船舶水動力試驗中的應(yīng)用 3

1.2 論文研究的目標與意義 4

1.3 論文主要工作 6

第二章　模型的選型設(shè)計制作及實驗方案的確定 7

2.1 引言 7

2.2 ARMS-Ⅰ型設(shè)計選型加工 7

2.2.1 選型 7

2.2.2 加工設(shè)計 8

2.2.3 加工 10

2.3 ARMS-Ⅱ型設(shè)計選型加工 14

2.3.1 選型 14

2.3.2 初步設(shè)計 14

2.3.3 加工設(shè)計 15

2.3.4 加工 16

2.4 試驗方案的確定 19

2.4.1 概述 19

2.4.2 靜水阻力試驗 19

2.4.3 自由推進試驗 20

2.4.4 連續(xù)回轉(zhuǎn)試驗 21

第三章　推進系統(tǒng) 22

3.1 引言 22

3.2 軸系的設(shè)計 22

3.2.1 軸系概述 22

3.2.2 主軸 23

3.2.3 中間軸 26

3.2.4 萬向節(jié) 26

3.2.5 連軸器 29

3.2.6 軸套管 29

3.2.7 軸承及軸承套 30

3.2.8水密裝置 31

3.3 主機的選型 34

3.4 螺旋槳的設(shè)計 35

3.4.1 已知船模的主要參數(shù) 35

3.4.2 推進因子的決定 35

3.4.3 采用 AU五葉槳K-J圖譜設(shè)計 36

第四章　操縱系統(tǒng) 40

4.1 引言 40

4.2 舵系的設(shè)計 40

4.2.1 舵系概述 40

4.2.2 舵桿的設(shè)計 40

4.2.3 舵頭 41

4.2.4 軸承套 41

4.2.5 附加裝置 42

4.3 舵的設(shè)計 43

4.3.1 舵要素的選擇 43

4.3.2 舵葉剖面尺寸 43

4.3.3 舵水壓力及扭矩計算 44

4.3.4 尺度作用 44

4.5 軸系舵系的安裝 45

第五章　運動控制系統(tǒng) 46

5.1 引言 46

5.2 運動執(zhí)行機構(gòu) 47

5.2.1 舵機 47

5.2.2 無刷電機控制箱 49

5.3 PLC簡介 49

5.4 運動控制程序的編寫 53

5.4.1 概述 53

5.4.2 運動控制程序框圖 54

5.4.3 運動控制程序 54

5.5 硬件及外設(shè) 56

5.5.1 抗沉箱 56

5.5.2 電路接線 56

第六章　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 58

6.1 引言 58

6.2 PAC系統(tǒng) 58

6.2.1 PAC的產(chǎn)生及發(fā)展 58

6.2.2 系統(tǒng)及應(yīng)用軟件 59

6.2.3 擴展模塊 61
..