减摇水舱试验台架及横摇和横荡运动实验研究
摘要
减摇水舱是船舶减横摇装置之一，它适用于经常工作在零航速或低航速的船舶减摇，如车客轮渡、滚装船和科学考察船等。为了给实船装备减摇水舱提供数据参考，结合国家“211”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，本课题对水舱试验台架及横摇、横荡运动进行了较深入的分析和研究。
首先，作者建立了横荡控制系统的数学模型，作为以后各章节讨论的基础，同时对系统进行仿真和设计，并研究了系统负载质量、负载刚度、总漏损系数和容积弹性模数对系统性能的影响。根据数学模型，选取了具体型号器件，并从系统的稳定性、稳态误差、时域和频域方面对系统进行了分析。
然后，为了使水舱试验台架能模拟更多的实船，作者研究了水舱试验台架各个机械部分的特征，分析了配重质量变化和滑块距离变化对船舶特征参数的影响，后来从整个系统出发，对系统的输入信号、油源、电液伺服阀、控制器、驱动电路、执行结构等进行了理论研究和实际分析，以便能够对实验的现象作出解释。
其次作者又从理论上对有横荡时的横摇进行了研究和仿真。
最后，制定了实验计划，做了大量实验，并对实验现象和数据进行了细致分析，得出结论。在调试和做实验的过程中，作者总结了一些实验需要注意的环节和问题，为后续工作奠定了基础。同时为了使后续工作能够更好的进行，作者提出了实验中需要进一步研究的地方和建议。
The anti-rolling tank is one of stabilizing equipments, and it fits for ships working at zero speed or low speed such as passenger and train ferry, roll-off vessel, research and exploration vessel and so on in particular. In order to provide data reference for ships equipped with anti-rolling tank, based on the item the Anti-rolling Tank Test Equipments on the Ship among the country 211 key construction projects, the paper goes on deep analysis and research on test platform of tank and motion of rolling and swaying.
First, mathematical model of swaying system is made, which is a basis on later chapters. Meanwhile, the system is simulated and designed. The effect of loaded mass, loaded suppleness, general leaking coefficient and cubage elasticity modulus on performance of system is also analyzed. According to the model, some kinds of parts of an apparatus are choosed and stability, error, time-domain and frequency-domain are presented.
Afterwards, in order to analog more ships, the characters of tank's mechanical parts are given. At the same time, effects of variation of bob-weight mass and distance of slip pieces are researched. From the whole system, analysis of input signal, oil-source, electro-hydraulic servo valve, controllers, amplified circuits and so on is provided.
In addition, from theoretical background, rolling motion with swaying is simulated.
Finally, plans are made, experiments are finished and phenomena and data are discussed. During the debugging and experimentation, some taches and questions needed attention are summed up, which sets up the basis on later research. What's more, some further research and suggestions are provided.
首先，作者建立了横荡控制系统的数学模型，作为以后各章节讨论的基础，同时对系统进行仿真和设计，并研究了系统负载质量、负载刚度、总漏损系数和容积弹性模数对系统性能的影响。根据数学模型，选取了具体型号器件，并从系统的稳定性、稳态误差、时域和频域方面对系统进行了分析。
然后，为了使水舱试验台架能模拟更多的实船，作者研究了水舱试验台架各个机械部分的特征，分析了配重质量变化和滑块距离变化对船舶特征参数的影响，后来从整个系统出发，对系统的输入信号、油源、电液伺服阀、控制器、驱动电路、执行结构等进行了理论研究和实际分析，以便能够对实验的现象作出解释。
其次作者又从理论上对有横荡时的横摇进行了研究和仿真。
最后，制定了实验计划，做了大量实验，并对实验现象和数据进行了细致分析，得出结论。在调试和做实验的过程中，作者总结了一些实验需要注意的环节和问题，为后续工作奠定了基础。同时为了使后续工作能够更好的进行，作者提出了实验中需要进一步研究的地方和建议。
The anti-rolling tank is one of stabilizing equipments, and it fits for ships working at zero speed or low speed such as passenger and train ferry, roll-off vessel, research and exploration vessel and so on in particular. In order to provide data reference for ships equipped with anti-rolling tank, based on the item the Anti-rolling Tank Test Equipments on the Ship among the country 211 key construction projects, the paper goes on deep analysis and research on test platform of tank and motion of rolling and swaying.
First, mathematical model of swaying system is made, which is a basis on later chapters. Meanwhile, the system is simulated and designed. The effect of loaded mass, loaded suppleness, general leaking coefficient and cubage elasticity modulus on performance of system is also analyzed. According to the model, some kinds of parts of an apparatus are choosed and stability, error, time-domain and frequency-domain are presented.
Afterwards, in order to analog more ships, the characters of tank's mechanical parts are given. At the same time, effects of variation of bob-weight mass and distance of slip pieces are researched. From the whole system, analysis of input signal, oil-source, electro-hydraulic servo valve, controllers, amplified circuits and so on is provided.
In addition, from theoretical background, rolling motion with swaying is simulated.
Finally, plans are made, experiments are finished and phenomena and data are discussed. During the debugging and experimentation, some taches and questions needed attention are summed up, which sets up the basis on later research. What's more, some further research and suggestions are provided.
引文
[1]陶尧森．船舶耐波性．上海交通大学出版社，1985
[2]金鸿章，李国斌．船舶特种装置控制系统．国防工业出版社，1995
[3]金鸿章．船舶控制和特种装置控制系统．哈尔滨船舶工程学院教材，1993
[4]王占林．近代液压控制．机械工业出版社，1997
[5]李福义．液压技术与液压伺服系统．哈尔滨工程大学出版社，1992
[6]李友善．自动控制原理．国防工业出版社，1990
[7]赵国良．自适应控制技术与应用．人民交通出版社，1991
[8]孙增圻．计算机控制理论及应用．清华大学出版社，1989
[9]郑大钟．线性系统理论．清华大学出版社，1990
[10]章燕申，袁增任．控制系统的设计与实践．清华大学出版社，1992
[11]陶永华，尹怡欣，葛芦生．新型PID控制及应用．机械工业出版社，1998
[12]薛定宇．控制系统计算机辅助设计MATLAB语言及应用．清华大学出版社，1999
[13]邵惠鹤．工业过程高级控制．上海交通大学出版社，1997
[14]A．H．霍洛季林，A．H．什梅列夫．船舶耐波性和在波浪上的稳定措施．国防工业出版社，1980
[15]邱大洪．波浪理论及其在工程中的应用．高等教育出版社，1985
[16]李积德．船舶耐波性．国防工业出版社，1996
[17]章燕申，金钰．计算机控制系统．北京理工大学出版社，1996
[18]赵显新．工程机械液压传动装置原理与检修．辽宁科学技术出版社，2000
[19]孙传友，孙晓斌等．测控电路及装置．北京航空航天大学出版社，2002
[20]金钰，胡祜德，李向春．伺服系统设计与指导．北京理工大学出版社，2000
[21]胡祜德等．伺服系统原理与设计．北京理工大学出版社，1999
[22]钟穗生，刘旭光．实验数据的计算机处理．海洋出版社，1994
[23]高金源．计算机控制系统——理论、设计与实现．北京航空航天大学出版社，1995
[24]彭侠夫．系统控制与设计．哈尔滨工程大学出版社，1997
[25]樊社军．可控被动式减摇水舱的理论与设计．上海交通大学研究生论文．1990
[26]吴雄建．槽型水舱的试验研究与工程理论探讨．上海交通大学研究生论文，1980
[27]姜洪洲．数字式多功能泵的研究．哈尔滨工业大学博士学位论
文，2000．3
[28]郭大勇．减摇水舱试验及仿真方法研究．哈尔滨工程大学博士学位论文，2002．3
[29]赖志昌．U型减摇水舱及试验摇摆台实验研究．哈尔滨工程大学博士学位论文，2002．3
[30]谭光宇．减摇水舱试验装置设计及其仿真系统研究．哈尔滨工程大学博士后研究工作报告，2002．4
[31]张翠芳．基于神经网络的气动脉宽调制位置伺服系统研究．哈尔滨工业大学博士学位论文，1997
[32]赵长春．数字式电液伺服系统的控制算法研究及电子控制器的研制．哈尔滨工业大学博士学位论文，1998
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[39]陈翰馥．控制理论的现状及对它的期望．信息与控制，1995(12)：34～37页
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[50]黄祥鹿，董祖伟等．甲板上浪与船舶横摇计算．中国造船，1991，1(112)
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[63]黄国荣译．减摇装置和INTERING防侧倾系统．Navires，Port et Chantiers，1983(12)：36～38页
[64]杨龙祥．采用TMS32010设计数字控制系统的若干问题．电子与自动化，1992(4)
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