本文關(guān)鍵詞：船舶橫搖運(yùn)動(dòng)仿真與減搖鰭控制系統(tǒng)的研究

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【摘要】：船舶在航行過(guò)程中由于受到海浪的干擾,會(huì)產(chǎn)生六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng),其中以橫搖運(yùn)動(dòng)最為劇烈。船舶的橫搖運(yùn)動(dòng)不僅會(huì)影響船舶的適航性以及船員的舒適性,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成船舶傾覆等災(zāi)難性的后果。如何有效減小船舶橫搖運(yùn)動(dòng)是船舶運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的熱門課題。本文采用減搖鰭作為研究對(duì)象,通過(guò)仿真數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證了減搖鰭的減搖性能,并且設(shè)計(jì)了基于C8051F040的減搖鰭控制器,實(shí)現(xiàn)減搖鰭控制系統(tǒng)的部分功能。在船舶橫搖運(yùn)動(dòng)建模過(guò)程中首先建立海洋環(huán)境,以海浪波傾角仿真數(shù)據(jù)為輸入,船舶橫搖運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型為載體,得到船舶橫搖角的仿真輸出。然后建立減搖鰭系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,在Simulink中搭建模型框圖,得到有減搖鰭船舶和無(wú)減搖裝置船舶在同一海況下的橫搖角仿真曲線,從而驗(yàn)證減搖鰭的減搖性能。減搖鰭控制系統(tǒng)的作用是通過(guò)采集船舶橫搖角度輸出對(duì)應(yīng)的鰭角指令,該指令進(jìn)入隨動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)鰭葉轉(zhuǎn)動(dòng),從而達(dá)到減搖目的。本文設(shè)計(jì)了基于C8051F040的減搖鰭控制器,另外通過(guò)MPU6050陀螺儀傳感器采集橫搖角度,陀螺儀與主控芯片通過(guò)串行通道通信,由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境有限,無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)船減搖鰭的電液隨動(dòng)系統(tǒng),因此采用SG90servo電機(jī)來(lái)代替減搖鰭的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。最終實(shí)現(xiàn)了減搖鰭控制系統(tǒng)的基本功能,并設(shè)計(jì)了基于LabVEW的橫搖狀態(tài)顯示界面。
【關(guān)鍵詞】：橫搖運(yùn)動(dòng) 減搖鰭 C8051F040 控制器
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U664.72;U661.321
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題的研究背景及意義9
• 1.2 減搖鰭技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀9-11
• 1.3 嵌入式微控制器發(fā)展概況11-12
• 1.4 本論文研究?jī)?nèi)容12-14
• 第2章 不規(guī)則海浪仿真及船舶橫搖運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)建模14-27
• 2.1 隨機(jī)海浪的建模與仿真14-18
• 2.1.1 長(zhǎng)峰波海浪波能譜14-16
• 2.1.2 長(zhǎng)峰波波傾角仿真16-18
• 2.2 船舶橫搖運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)建模與仿真18-25
• 2.2.1 船舶橫搖的受力分析18-21
• 2.2.2 船舶橫搖運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)建模21-24
• 2.2.3 船舶橫搖運(yùn)動(dòng)仿真24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-27
• 第3章 船舶減搖鰭控制系統(tǒng)原理及仿真27-45
• 3.1 減搖鰭工作原理27-30
• 3.2 減搖鰭控制系統(tǒng)的組成30
• 3.3 減搖鰭系統(tǒng)各部分傳遞函數(shù)30-37
• 3.4 減搖鰭PID控制算法37-41
• 3.5 減搖鰭控制系統(tǒng)仿真41-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第4章 基于C8051的減搖鰭控制器硬件設(shè)計(jì)45-61
• 4.1 C8051F單片機(jī)介紹45-50
• 4.1.1 C8051F040內(nèi)核46-47
• 4.1.2 存儲(chǔ)器47-48
• 4.1.3 數(shù)字外設(shè)48-50
• 4.1.4 時(shí)鐘源50
• 4.1.5 片內(nèi)JTAG調(diào)試和邊界掃描50
• 4.2 減搖鰭控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想50-52
• 4.3 減搖鰭控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)52-56
• 4.3.1 船舶橫搖角采集單元設(shè)計(jì)52-54
• 4.3.2 船舶航速采集單元設(shè)計(jì)54-55
• 4.3.3 時(shí)鐘和復(fù)位電路設(shè)計(jì)55-56
• 4.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)56-58
• 4.5 減搖鰭控制系統(tǒng)硬件綜合設(shè)計(jì)58-60
• 4.6 本章小結(jié)60-61
• 第5章 減搖鰭控制器軟件設(shè)計(jì)61-72
• 5.1 減搖鰭控制器軟件設(shè)計(jì)思想61-63
• 5.2 C8051F040初始化63-64
• 5.3 橫搖角度計(jì)算64-65
• 5.4 航速靈敏度調(diào)節(jié)軟件設(shè)計(jì)65-66
• 5.5 浪級(jí)靈敏度調(diào)節(jié)軟件設(shè)計(jì)66-68
• 5.6 生搖控制模塊以及手動(dòng)控制模塊軟件設(shè)計(jì)68-70
• 5.7 減搖鰭控制器顯示功能設(shè)計(jì)70
• 5.7.1 航速顯示70
• 5.7.2 基于LabVIEW的橫搖狀態(tài)顯示70
• 5.8 本章小結(jié)70-72
• 結(jié)論72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 附錄A 減搖鰭控制器部分功能實(shí)現(xiàn)代碼76-80
• 附錄B 顯示橫搖狀態(tài)的LabVIEW程序框圖80-81
• 致謝81-82
• 研究生履歷82

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 葉麗娜;C8051F與80C51系列單片機(jī)的不同初始化[J];國(guó)外電子元器件;2004年03期

2 艾瑞財(cái);C8051F020單片機(jī)應(yīng)用于船用減搖鰭控制系統(tǒng)的SFR初始化[J];應(yīng)用科技;2003年06期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 蘇作靖;“育鯤”輪參數(shù)橫搖的數(shù)值模擬及分析[D];大連海事大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：832807