【正文】 統的輸出。 知識庫中包含了每一個模糊集的定義，并保持一套算子以實現基本的邏輯，同時用一個規(guī)則信度矩陣表示模糊規(guī)則映射。 模糊控制的一般過程如圖3. 1所示：圖3. 1 模糊系統結構 該模糊系統由如下四個基本要素組成： （1）知識庫（knowledge base）：它包括模糊集和模糊算子的定義。 （2）模糊控制完全是在操作人員控制經驗基礎上實現對系統的控制，無需建立被控對象的數學模型，是解決不確定系統的一種有效途徑。如果采用模糊規(guī)則控制，我們就能很方便的理解控制器的結構，并且對控制規(guī)則作出調整，因此模糊控制規(guī)則還具備學習能力。 模糊邏輯從含義上比其它傳統邏輯更接近人類的思想和自然語言。 模糊控制器Zadeh首先于1973年發(fā)表模糊理論，欲以語言變量描述真實的世界，但在發(fā)源地美國所受的注意有限，后來Mamdan i E. H于1974年首先將模糊控制組成Fuzzy控制器，成功地用于蒸汽機的自動控制之中。當船舶停泊在水面或者以較低航速行駛時，使用快速上下拍水的零低航速減搖鰭工作方式，中高航速時則切換為普通減搖鰭進行有效的減搖。因為鰭面拍動的前后的都是開闊水域，鰭面拍動周圍的水流不受限制，這使得水流朝各個方向流動，因此驅動鰭拍動的能量損失了很大一部分，而轉移到了周圍的水的動能中。 兩種類型零低航速減搖鰭優(yōu)缺點 零低航速下的單翼縱向拍動鰭無論是外形還是安裝的方式都和普通減搖鰭是一樣的，只需改變鰭的鰭角拍動頻率就可以很方便在零低很中高航速之間靈活的轉換，這樣既可以降低伺服系統驅動功率又能提高減搖效能。它有唯一的一根鰭軸和套在鰭軸上的鰭面組成。普通的減搖鰭只有一根與船舷垂直的鰭軸，鰭面安裝在于船體平行的位置；而單翼橫向拍動型鰭則一共有兩根鰭軸，鰭軸1和普通減搖鰭鰭軸相同，垂直貫穿于船體，鰭軸2連接在鰭軸1上，與船體平行，鰭面則安裝于鰭軸2之上，與船體相垂直，鰭軸1和鰭軸2之間采用機械連動裝置，使兩根鰭軸能保持固定，并傳送動力讓鰭面沿著鰭軸2上下拍動。零低航速減搖鰭就是基于此原理，拍動方式有垂直于船航行方向的橫向拍動鰭和平行于船速方向的縱向拍動型。因此，零低航速減搖鰭采取鰭繞鰭軸主動急拍的方式產生升力。其優(yōu)勢在于：具有很強的靈活性，能方便的調整三個環(huán)節(jié)參數的大小，過程迅速，實現起來也容易；可靠性好，系統參數的影響對控制效果微乎其微。當船舶的橫搖角不斷變化時，鰭角也隨著相應的改變，產生合適的扶正力矩來抵消橫搖力干擾力矩，減搖鰭的控制系統原理圖如下圖所示。減搖鰭的攻角與升力系數成正相關關系，即鰭角越大升力也越大。兩個鰭產生的控制力矩（扶正力矩）與海浪的橫搖力矩相抵消，這樣就能減輕船舶的橫搖。普通的減搖鰭通常采用NACA標準翼型，置于水中的減搖鰭，當一定速度的水流流經打到某個角度的鰭面時，由于水流在鰭面上下表面存在一個距離差，由伯努利流體的連續(xù)性原理可知，它們經歷的時間相同，而上下表面流體流速不相同。減搖鰭的減搖原理是基于力矩對抗相抵消。 船舶減搖鰭電驅動控制系統結構原理圖 減搖鰭系統的減搖原理 減搖鰭參照固定翼飛機的機翼來設計，它的鰭面形狀類似小型飛機的機翼，每套減搖鰭系統裝有兩個大小完全相同的鰭，對稱的安裝在船兩側，由兩舷伸出船體，安裝在船舶吃水線以下，工作時鰭繞鰭軸轉動。可以得到異步電機交流伺服系統的鰭角給定值。 （3）建立鰭的物理模型，利用流體力學Fluent軟件對鰭進行數值仿真 通過Gambit軟件建立減搖鰭的二維網格模型，導入Fluent軟件中采用動網格技術，分析鰭上的升力特性，為減搖鰭的增升提供基礎。 論文主要研究內容 傳統中高航速減搖鰭的研究和應用已經十分成熟，本文重點研究的是零低航速減搖鰭升力模型以及全航速下減搖鰭的控制策略。因此，雖然通過自整定得到的PID參數在實際中的控制效果往往不理想。 減搖鰭控制系統研究發(fā)展現狀 目前，PID控制器仍是減搖鰭系統的主流控制器，因其結構簡單，可靠性好，工程上實現起來容易而得到廣泛的應用。自此，傳統減搖鰭開始蓬勃發(fā)展，大量的應用于海軍艦船和大型郵輪等中高速船舶上。桑尼克羅夫特取得了減搖鰭的發(fā)明專利，這是迄今為止關于減搖鰭最早歷史記載。王龍金博士對縱向拍動鰭的升力模型進一步補充和完善，建立了基于柏拉休斯定理的升力模型，應用CFD軟件Fluent對所建立的升力模型進行了數值模擬。緊隨其后，羅延明博士對雙翼結構的零低航速減搖鰭進行工作原理的詳細分析，對其產生的升力特性，鰭驅動機構進行了全面系統的論證。隨后陸陸續(xù)續(xù)有很多船舶都安裝了零低航速減搖鰭裝置。它是靠急劇的拍動產生足夠的升力來對抗船舶的橫搖力矩，從而獲得較好的減搖效果。 兩類傳統的普通減搖鰭 （5）零低航速減搖鰭 停泊在港口或者需要在很低的經濟航速下工作的船舶，若有大風字良作用于船舶，其橫搖運動反而比中高航速下更加劇烈。所以，傳統普通減搖鰭只能應用在中高速航行的船舶上，對于零低航速船則無能為力。在此基礎上，人們把鰭安裝到了船舶上，當航行在大風浪的海上時，減搖鰭便能發(fā)揮出類似有鰭類生物的減搖作用。通常，鑒于船舶舷搖周期在2140秒之間，而其橫搖周期在S17秒之間，利用船舶脂搖和橫搖之間的頻率差別，兩者對舵擺動響應的差別也會不同，控制好舵的擺動周期和擺角即可發(fā)揮出減搖的效能。但主動式減搖水艙的控制抽水裝置結構很復雜，需要的驅動功率也很大，這就增加船舶的用電功耗，使成本大大上升，可用性變差。它一般安裝在船體的中部或三分之一處位置，分布于船舶的兩側，按照其工作原理可劃分為三大類： 被動式水艙結構非常簡單，成本很低，其工作原理為：當船舶發(fā)生橫搖運動時，船體的傾斜使水艙中的水流由高側一舷流向低側一舷，當橫搖到相反傾斜角度時水艙的水會回流，在此過程中形成了抑制橫搖運動趨勢的一個扶正力矩；但是被動式減搖水艙有一個致命的缺點，水艙內水流的回流頻率和船舶的橫搖頻率相接近時才會有良好的減搖效果，這使得其工作頻段非常窄，如果兩者的頻率相差太遠，不僅起不到減搖的作用，反而會加劇船舶的橫搖。由此看來，毗龍骨的減搖效果不受船舶航速的限制，可以在全航速下進行減搖，然而其減搖效果有限，只有20%左右的減搖效果，但因其結構簡單、造價低、維護起來方便，幾乎不會占用船舶內部額外的空間，在船舶上得到了廣泛的推廣和應用。當前，國內有部分學者注重研究零航速下的減搖技術，而筆者認為沒有絕對的零航速，零航速只是低航速下的一種特殊情況，系泊在海上的船舶受到涌浪的影響，也會有一個相對速度，相當于12節(jié)的船速。盡管如此，其減搖效果仍不是很理想，考慮到一艘船上安裝兩套減搖系統的成本過高，而且減搖水艙占用了船舶3 %5%左右的排水量，這就浪費了船舶裝載的空間。但是，普通的減搖鰭需要船舶有航行速度時才能產生足以抵抗橫搖的升力，因此它只能工作在中高航速下。當船舶橫搖過于劇烈時，船上的貨物、船員會受到安全性、舒適性方面的嚴峻挑戰(zhàn)，武器裝備的實用性也大大下降。 Vector control。針對減搖鰭電伺服系統中PID控制器參數固定，不能在線修正，對復雜海情適應性差等缺點，研究討論了自調整模糊控制器，對位置環(huán)控制器的比例因子進行在線修整。哈爾濱工程大學學士學位論文摘 要傳統的減搖鰭伺服系統一直是電液伺服系統，但由于其存在著價格高、體積大、密封器件易老化、漏油、維護不方便等缺點；90年代以后，隨著電力電子技術和微控制技術的迅猛發(fā)展，交流伺服廣泛的應用于工業(yè)、國防等各個領域，在相當廣的范圍內取代了液壓伺服系統。本文對減搖鰭的負載和電機轉動力矩進行了估算，依據減搖鰭特性和設計指標的要求，以異步電機矢量控制技術為理論基礎，設計了電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)三閉環(huán)減搖鰭電伺服控制系統。 Since the 90s, the rapid development of power electronics technology and control technology, ac servo is widely used in industry, national defense and other fields, in quite a wide range to replace the hydraulic servo system. Today, has bee a mainstream trend of servo system. Ac servo system has a simple structure, convenient control, low price and high reliability etc, it will promote the research and development antirolling fin application in some small and mediumsized ships. In this paper, the stabilizing fin of the load and the motor rotational torque estimation, based on features of antirolling fin and the requirements of design index, based on the theory of asynchronous motor vector control technology, the design of the current loop, speed loop and position loop, three closedloop antirolling fin electric servo control system. For antirolling fin PID controller parameters in electric servo system is fixed, not online correction, feeling poor adaptability to plex sea shortings, the research discusses the selftuning fuzzy controller, the scaling factor of the position loop controller online modification. Respectively in the traditional electrohydraulic servo system and the vector control electric servo system and join the improved fuzzy controller as a servo system, electrical servo system of the ship antirolling fin control system, simulation finally has carried on the statistics to the simulation results. Key words: antirolling fin。 The ship roll 目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題的背景及研究意義 1 減搖裝置 2 國內外的發(fā)展現狀 5 減搖鰭控制系統研究發(fā)展現狀 6 論文主要研究內容 7第2章 減搖鰭的工作原理 8 減搖鰭的系統結構 8 減搖鰭系統的減搖原理 8 中高航速減搖鰭的工作原理 9 零低航速減搖鰭的工作原理 11 零低航速減搖鰭的工作方式 12 基于單翼橫向拍動的零低航速減搖鰭 12 基于單翼縱向拍動的零低航速減搖鰭 13 兩種類型零低航速減搖鰭優(yōu)缺點 14 本章小結 14第3章 減搖鰭動力系統電伺服系統模糊控制 15 模糊控制器 15 減搖鰭電伺服系統的模糊控制器設計 17 精確輸入量的模糊化 18 模糊控制規(guī)則的建立和模糊推理 20 精確輸出量的解模糊判決 22 模糊控制的仿真 23 本章小結 24第4章 船舶減搖鰭電驅動控制系統仿真 25 海浪的仿真 25 波能譜 25 波能譜遭遇頻率波能譜 25 波高的數字仿真 26 波傾角的數字仿真 27 船舶橫搖的仿真 28 減搖鰭的仿真 31 船舶減搖鰭控制系統仿真 33 減搖效果統計 34 本章小結 35結 論 36參考文獻 37致 謝 39II