硕士学位论文自控船模的研制.doc

分类号： U661.31；U661.33 密级： 公 开 　　　　　　　　　　　 学号： 05010121 江苏科技大学硕 士 学 位 论 文自控船模的研制 研究生姓名 　　 　 指 导 教 师 　 学科、专业 船舶与海洋结构物设计制造 研 究 方 向 船舶与海洋结构物流体力学性能 二OO八年一月Jiangsu University of Science and TechnologyDevelopments of Automatic-control Research Model of ShipsA Thesis inDesign and Construction of Naval Architecture and Ocean Structure byGao LeiAdvised byProfessor Yang Song-linSubmitted in Partial Fulfillmentof the Requirementsfor the Degree ofMaster of Engineering January, 2008论 文 独 创 性 声 明   本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得江苏科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意     学位论文作者签名： 日 期：学 位 论 文 使 用 授 权 声 明   江苏科技大学有权保存本人所送交的学位论文的复印件和电子文稿，可以将学位论文的全部或部分上网公布，有权向国家有关部门或机构送交并授权其保存、上网公布本学位论文的复印件或电子文稿本人电子文稿的内容和纸质论文的内容一致除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅   研究生签名： 导师签名：日 期： 日 期：摘 要摘 要本课题在传统自由自航模型基础上增加了运动姿态的自动化控制系统与数据的采集与存储系统，从而提出了“自控船模”（Automatic-controlled Research Model of Ships, ARMS）这样一种概念，并以其开发作为论文的主要研究内容。

开发了两型自控船模系统，分别是ARMS-Ⅰ型与ARMS-Ⅱ型包括推进系统、操纵系统、运动控制系统与数据采集系统船型分别是高速单体船与三体船完成了轴系、舵系的设计与加工，主机的选型与采购、螺旋桨及舵的设计、自航实验的设计、运动控制程序与数据采集程序的编写Ⅱ型相比Ⅰ型，主要在推进与操纵系统上进行了改进与深化研究进行了推进性能试验与操纵性能试验，包括静水阻力试验、自由直线自航试验与连续回转试验并采用系统辩识的手段对实验结果进行处理，得到了KT-J关系曲线试验表明了自控船模系统，既可以高效率完成传统自由自航模型试验，又可以完成设计的新型实验，与系统辨识手段结合，可以对船舶综合航行性能展开研究该系统能够在不进行约束模型试验情况下得到操纵性方程水动力导数，可以在不进行螺旋桨敞水试验的情况下得到其水动力参数，因此，有别于任何传统的流体性能实验手段，是一种全新的实验系统，在水动力研究中拥有着良好的应用前景与发展潜力关键词：自控船模，推进性能试验，操纵性能试验，运动控制，数据采集，综合航行性能，水动力研究，系统辨识IIIAbstract AbstractThe 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..攻读硕士学位期间发表的学位论文目 录摘 要 IAbstract II目 录 III第一章　绪论 11.1 论文研究背景 11.1.1 船舶综合航行性能研究现状 11.1.2 自动化技术在船舶水动力试验中的应用 21.1.3 系统辨识技术在船舶水动力试验中的应用 31.2 论文研究的目标与意义 41.3 论文主要工作 6第二章　模型的选型设计制作及实验方案的确定 72.1 引言 72.2 ARMS-Ⅰ型设计选型加工 72.2.1 选型 72.2.2 加工设计 82.2.3 加工 102.3 ARMS-Ⅱ型设计选型加工 142.3.1 选型 142.3.2 初步设计 142.3.3 加工设计 152.3.4 加工 162.4 试验方案的确定 192.4.1 概述 192.4.2 静水阻力试验 192.4.3 自由推进试验 202.4.4 连续回转试验 21第三章　推进系统 223.1 引言 223.2 轴系的设计 223.2.1 轴系概述 223.2.2 主轴 233.2.3 中间轴 263.2.4 万向节 263.2.5 连轴器 293.2.6 轴套管 293.2.7 轴承及轴承套 303.2.8水密装置 313.3 主机的选型 343.4 螺旋桨的设计 353.4.1 已知船模的主要参数 353.4.2 推进因子的决定 353.4.3 采用 AU五叶桨K-J图谱设计 36第四章　操纵系统 404.1 引言 404.2 舵系的设计 404.2.1 舵系概述 404.2.2 舵杆的设计 404.2.3 舵头 414.2.4 轴承套 414.2.5 附加装置 424.3 舵的设计 434.3.1 舵要素的选择 434.3.2 舵叶剖面尺寸 434.3.3 舵水压力及扭矩计算 444.3.4 尺度作用 444.5 轴系舵系的安装 45第五章　运动控制系统 465.1 引言 465.2 运动执行机构 475.2.1 舵机 475.2.2 无刷电机控制箱 495.3 PLC简介 495.4 运动控制程序的编写 535.4.1 概述 535.4.2 运动控制程序框图 545.4.3 运动控制程序 545.5 硬件及外设 565.5.1 抗沉箱 565.5.2 电路接线 56第六章　数据采集系统 586.1 引言 586.2 PAC系统 586.2.1 PAC的产生及发展 586.2.2 系统及应用软件 596.2.3 扩展模块 616.2.4 PAC在研究领域的应用情况 616.3 各型传感器 626.3.1 加速度传感器 626.3.2 功率测功仪 636.4 运动姿态测量 63第七章　推进性能试验 657.1 引言 657.2 ARMS-Ⅰ型阻力实验 657.2.1 试验场所 657.2.2 试验准备 657.2.3 实验方案 667.2.4 实验数据 677.2.5 数据处理 677.3 ARMS-Ⅱ型阻力实验 687.3.1 概述 687.3.2 实验数据 707.3.3 数据处理 707.4 ARMS-Ⅱ型自由直线航行试验 727.4.1 试验概况 727.4.2 试验数据 73。