哈尔滨工程大学硕士学位论文 { i i _ ；；；《_ _ _ 1I I ．．．．．H I l lI 一摘要本文是结合莺羰“2 1 1 ”工糕露点投资建设项匿“船舶减撂隶舱试骏装置”豁辑镱4 工作进行鹩，深入的分橱帮研究了承舱试验摇摇螽架的穰福鞠横荡运动首先，对减摇水舱试验摇摆台避行了分孝厅，介绍了减摇水舱试验摇摆台静基本爨瑗、缝残、缡褥、功麓，溺辩对台粱懿若耱参数遴荨亍了详尽静溺爨，为后面凇确调节台檠打下基础，研究了台架在改变配重、墼心、滑块位鬣时其它参数的变化情况，总结出调黢转动惯量的一般方法其次，选取了具体型号器件，建立了横荡位嚣系统斡数学模型，分撕摇摆台骰摸摇运动时产生静干魏力对摸荡运动静影确；并对其跟踪输入信号的情况进行仿真研究，仿真结果表明：这个干扰力对横荡运动的影响不大，可忽略誉次，疆{ 孛方瑟详缀奔绥了系统戆总落絮秘、位移转慧器瓣拣捡稳数据采集软件方面，在W i n d o w s 系统下实现实时控制的方法、M A T L A B 连接遐行方案、控制器设计扩展接口和用户高级图形功能的实现最震，在水舱摇摆台横荡位爨系统中弓l 入⋯耱模锻叁整定P t D 控裁嚣，并对其控制效果进行了仿真研究，邋过与常规P I D 控制效果的仿真结采谶行对比，证明了该方法的优越性。
关键镯：承舱据摆套；横摇；攮荡；实对控铡；模赣控铡哈尔滨工程大学硕士学位论文A B S T R A C TT h ep a p e ri sb a s e dO Dt h ep r o j e c t “A n t i —r o l i i n gt a n kt e s te q u i p m e n t so nt h es h i p ’’a m o n gt h ec o u n t r y “2 1 1 ”k e yi n v e s t e dp r o j e c t s ，t h ep a p e rg o e so nd e e pa n a l y s i sa n dr e s e a r c ho nm o t i o no f r o l l i n ga n ds w a y i n g ．F i r s t l y , t h ec h a r a c t e r i s t i co fp l a t f o r mi sa n a l y z e di nt h ep a p e r ．T h ep r i n c p l e ，c o m p o n e n t ，s t r u c t u r e ，f u n c t i o na n dt e c h n i c a lp a r a m e t e ro fp l a t f o r ma r ei n t r o d u c e d ．T h er e l a t e dt e c h n i c sw h i c ha r ea p p l i e dt os i m u l a t i o no fs h i p ’Sm o t i o na r ed i s c u s s e d ．S e c o n d l y , s o m ek i n d so fp a r t so fa na p p a r a t u sa r ec h o o s e d ．M a t h e m a t i c a lm o d e lo fs w a y i n gs y s t e mi sm a d e ．M e a n w h i l e ，t h es y s t e mi ss i m u l a t e da n dd e s i g n e d ．T h ee f f e c to fi n e r t i af o r c eo np e r f o r m a n c eo fs w a y i n gs y s t e mi sa l s oa n a l y z e d ．A c c o r d i n gt ot h er e s u l to fs i m u l a t i o n ，t h ec o n c l u s i o ni sd r a w nt h a te f f e c to fi n e r t i af o r c eo np e r f o r m a n c eo fs w a y i n gs y s t e mi ss m a l l ．T h i r d l y , h a r d w a r ei n c l u d e sc o m p o n e n t so fp l a t f o r m ，m e a s u r i n go fd i s p l a c e ds e n s o r , d a t aa c q u s i t i o n ．T h ed e s i g no fs o f t w a r ei n c l u d e sr e a l i z a t i o no fr e a lt i m ec o n t r o l l i n gu n d e rW i n d o w sO p e r a t i o nS y s t e m ，s c h e m eo fr u n n i n gl i n k i n gt OM A T L A B ．E x p a n d i n gi n t e r f a c ef o rd e s i g n i n go fc o n t r o l l e ra n dr e a l i z a t i o no fh i g h —l e v e lo p e r a t i o nf u n c t i o ni ng r a p h i c ．d a t af o ru s e ra r ea l s oi n c l u d e d ．F i n a l l y , T h i sp a p e rd e s i g n e dak i n do f P I Dp a r a m e t e r ss e l f - t u n i n gc o n t r o l l e rb a s e du p o nb l u rc o n t r 0 1 ．C o m p a r e dw i t hr o u t i n eP I D ，t h es i m u l a t i o nr e s u k ss h o wt h a tt h i sk i n do fc o n t r o ls t r a t e g yi se f f e c t i v e ．K e yw o r d s ：T e s tP l a t f o r m ；R o l l i n g ；S w a y i n g ；R e a lT i m eC o n t r o l ；F u z z yC o n t r o l哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。
有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担作者( 签字) ：虚叁整日期：娜，年；月6 日哈尔滨工程大学硕士学位论文第1 章绪论1 ．1 课题的来源及目的和意义本文是结合国家九五“2 1 l ”工程重点投资建设项目“船舶减摇水舱试验装置”的研制工作进行的在船舶运动的六个自由度中，横摇、横荡和首尾摇是耦合的为了研究问题的方便，我们仅考虑横摇和横荡因为波浪的质点的轨圆运动，通常在出现船舶横摇运动时将耦合沿横轴的横荡运动在任一次简谐运动中，作用在船运动初始平衡位置的横荡加速度为零，而在其它位置时此横荡加速度与初始平衡位置的距离成正比，且其方向直接指向横荡初始平衡位置，如图1 ．1 所示为了抵消横荡加速度，船通常将发生朝初始平衡位置的横倾图1 ．1 横荡运动查德惠克推导了有横荡运动的方程式为使问题简单起见，他假定横荡不直接和船的横摇耦合，只影响水舱中液体运动加速度此运动能否以正确的时间相位有助于船的稳定还是～个问题，因为横荡运动有可能使水舱中水的流动与船横摇周期不合拍。
目前试验台架研究的仅是单纯横摇，由于忽略了船的轨圆运动，致使在低频的波浪扰动时，有水舱的横摇运动要比考虑了船作轨圆运动时大如果考虑了横荡运动以及相应的横摇与水舱内液体加速度的耦合，则船的横摇运动更符合实际情况哈尔滨工程大学硕士学位论文1 ．2 国内外相关摇摆台的发展概述试验台架按所模拟的运动自由度数来划分，可分为单自由度试验台架和多自由度试验台架单自由度试验台架是最常用的试验台架，其结构比较简单多自由度试验台架一般为二自由度试验台架、三自由度试验台架和六自由度试验台架按其用途划分，则可分为通用型和专用型，通用型就是能够模拟不同的船舶和不同形式的水舱；专用型就是针对某一特定研究而建立的试验台架图1 ．2 所示的是用于减摇水舱性能试验的单自由度试验台架由于结构强度的原因，平面减摇水舱空间一般都是被非水密纵向栅栏分割，为了研究水舱球虱{ ＼平台啦扫＼力传感器’r t1仓／旋转轴rT- l _ l if 一任：弘l} _ { _ { 倒 叫√T 粤架w 盏鑫图12 用于水舱测试的单自由度试验台架带有这些栅栏障碍物对减摇水舱的影响，专门建立了该试验台架进行减摇水舱的性能试验该试验台架的尺度比为1 ／2 5 ，其雷诺数的数量级为1 0 5 。
模型绕固定的旋转轴强迫振荡，通过带变速电机的飞轮一曲轴驱动机构，工作在所要求的频率范围内水舱运动产生的力矩，通过测量水舱模型四个角下部的刚性支承所受的力进行估算后得到，这些力使用通用力传感器测量水舱的运动由一个安装在转轴上的回转式减横摇传感器监测系统允许测试的横摇角的幅值分别为2 ．5 和l O o 图1 ．3 所示的是减摇水舱试验台架的另一种结构四边立柱为支承框架，2瞻笨滨二￡程大学硕士学位论文中下部为台架，中间为水舱模型，控制气阀通过气体联通道将两边舱相涟按该台絮§％够产生最大为+ - 1 5 嚏§攒缓翅，最小横撂髑麓失0 ，5 移，鹱够邈嚣援翼l 波窝不熬粼波试验巍承麓斌郄邋遵没有滚遗传惑嚣，流速僚号反绥绘诗箕掇，馋为气阕痿闲豹控制信号巍了对减援承舱逡行摭赎试验，在左右逡舱还分别安装了电容式波高仪，用予检测两边瀚的平均液位所检测到的平浚波高邂霹鼹予对边舱液体晁魏情况避行分辑胬1 ．3 减援承舱试验台粲鹫i ，4 黪示麓是攀鑫整爱试验套絮台巢爨一个其存代表横瓣运动黔攀自由度转裔构成，台架的惯性力矩、阻髓力矩和恢复力矩均可以调节，因此熊够在小魄铡或全足菠主整凌瓣辍黪运秘特{ 歪求憝臻囊在横淘黥嚣节范强为3 ～4 茨尺，瓣魏可以模摇瓣淀为2 0 ～1 2 0 焚足戆实鼹，褥残瓣尺凄魄荛S ～4 e 。
出予台絮是实嚣模型，瓣j 惫实黪羟毒l 装嚣可班安装在螽絮上按悉预先设定的海浪制造波浪凸轮，伺服放大器跟踪波浪凸轮，输出信号给伺服魄槛，驱礁鸯架上戆重物重饕巍台檠上{ 睾横氢谗凌，产生戆羲躲予撬力矩蘸物的逡璐灏由诧弓f 裁的台架运渤通过灏通道记泶仪记添冶尔滨= l 二疆大学疆±学位论文莲t 4 攀鑫激塞试验蠹架前丽衙介绍的都是擎自由度减摇水舱试验台絮，实际上单融由度试验裔架的具体形式还有许多，毽其工修鼹淫蛰是榻溺黪，那裁楚摸粼靛艇横攘运魂邋耱试狻台黎靛符患是结秘麓零，嚣豆在艇憝浚诗耪鲻，爨鹣效～烂鳃节潜不太确定的猿溅下，单自由艨台絮试验完垒能够满足擞计袋求在对船舶运动的研究中发现，“船自自一水舱”系统中横瓣嫩动与船舶酶攘赣逐凌楚麴显藕合筑，予楚夫稍开羧瑟究嚣翔交嶷( 模数瓣麓畿攘运动；整横荡运韵) 躐瓣瘩舱试验台綮美鏊j l 蘩镕。