船舶运动及控制讲解
船舶操纵技巧与技术
船舶操纵技巧与技术船舶操纵是航行中至关重要的一环，良好的操纵技巧和技术能够确保船只在复杂的水域中安全运行。
本文将介绍一些船舶操纵的技巧和技术，帮助船员更好地应对各种操纵挑战。
一、船舶操纵的基本原则船舶操纵的基本原则涉及到船舶动力学、水动力学和操纵设备的运用。
在实际操纵中，应遵循以下原则：1. 保持船舶稳定：船舶操纵过程中应尽量减小船舶的摇摆和倾斜，保持船舶的稳定性。
2. 控制速度和方向：及时、准确地通过手动或自动操纵设备调整船舶的速度和方向。
3. 避免碰撞和搁浅：注意监测船舶周围的水域情况，避免与其他船只、岛屿或障碍物碰撞，并确保船舶不会搁浅。
4. 灵活应对突发情况：当遇到突发情况，如恶劣天气、机械故障或其他紧急情况时，及时采取应对措施，确保船舶安全。
二、船舶操纵技巧1. 舵角和推力的协调运用：正确配合舵角和推力，通过调整舵柄和控制推进器来控制船舶的方向和速度。
2. 转向技巧：在进行转向操作时，应在中速航行状态下开始转向，逐渐增加船舶舵角，使船舶缓慢转向。
转向角度过大或过快都会引起摇摆或失控。
另外，进入弯道时应提前减速，以确保船舶在转弯过程中不会失控。
3. 使用舵动力特性：船舶舵的响应时间较长，因此在操纵船舶时，应提前预判和计划舵的动作，避免误操作。
同时，应注意保持适量的速度，以利用水流在船舶舵上的力量来帮助控制船舶运动。
4. 使用辅助设备：船舶操纵过程中，可以借助雷达、GPS、罗经等辅助设备来提供实时航行信息，帮助船员更好地掌握船舶位置、航向、速度等关键数据，从而进行准确的操纵。
三、船舶操纵技术1. 自动操纵技术：随着技术的进步，现代船舶配备了自动操纵系统，如自动驾驶系统、动力位置系统等，通过这些系统可以实现自动控制船舶的方向、速度和位置。
船员可根据实际情况灵活使用这些技术来提高船舶操纵的效率和安全性。
2. 航线规划和动态控制：在船舶操纵中，可以利用电子海图和航线规划系统来预先规划船舶的航线，并在航行中动态调整航线以应对不同的情况。
船舶运动控制及其系统设计研究
船舶运动控制及其系统设计研究船舶运动控制是指利用控制技术对船舶在海上运动的速度、航向和姿态进行调节，以达到控制船舶运动的目的。
随着技术的发展，现代船舶的运动控制系统已经越来越复杂，需要良好的设计和控制策略。
船舶的运动控制系统可以分为以下几个方面：一、动力系统动力系统是船舶运行的基础，其中主机控制系统、电力系统等为其中重要的组成部分。
通过对主机控制系统的控制，船舶可以调节其航速、加速度、推力等参数。
电力系统的控制则可以对船舶的电气设备进行管理，例如控制电动机的转速和功率等。
二、导航系统导航系统是指船舶在航行中的定位、导航和航迹控制。
通过在舰船上安装GPS、惯性导航仪、罗经等各种设备，可以实现对船舶位置、速度、航向等参数的快速准确的监测和控制，关键是如何在不同控制环境下，选择适合的导航方法和准确的航线控制。
三、舵机控制系统船舶的舵机控制系统是对船舶舵角进行精确控制的关键技术。
通过对船舶舵角的控制，可以实现对船舶航线和转向的精确控制。
这个控制系统必须保证精度，在实际情况中，需要对一系列环境变量进行响应，例如风速、潮汐、海浪等等。
四、动态姿态控制系统动态姿态控制是船舶运动控制的另一个重要方面。
船舶在海上运动时，由于海浪、风力等环境因素的影响，会发生较大的姿态变化，例如横滚、俯仰和偏航。
通过动态姿态控制系统可以对船舶的姿态进行实时监测和调节。
船舶运动控制系统的设计需要考虑一系列因素，例如船舶的大小和类型、动力、导航、动态姿态控制系统的操作方式、仿真等等。
通过对船舶运动控制的全面分析和系统设计，可以大大提高船舶的运动性能和安全性，实现更加高效、精确的控制。
除了控制系统的设计，船舶运动控制的研究还涉及到液体力学、船舶动力学、控制理论等学科。
例如，流体力学可以提供有关流动动力学的信息，而控制理论可以帮助人们设计更加高效的控制方法和算法。
总之，船舶运动控制及其系统设计研究是一个复杂的领域，需要大量的实践和理论研究。
船舶控制原理
船舶控制原理船舶控制原理是船舶工程领域中的重要理论，它涉及到船舶的操纵、导航、稳定性和安全性等诸多方面。
船舶控制原理的研究不仅对船舶设计和建造具有重要意义，同时也对船舶操作和管理提出了挑战。
本文将从船舶控制原理的基本概念、影响因素和控制方法等方面展开介绍。
船舶控制原理的基本概念是指在船舶运动过程中，通过操纵舵、推进器等设备，使船舶按照既定的航线和速度进行运动的一系列理论和方法。
船舶的运动受到水流、风力、浪涌等外部环境因素的影响，同时船舶自身的结构、船型、推进系统等因素也会对船舶的运动产生影响。
因此，船舶控制原理需要综合考虑这些因素，制定相应的控制策略。
影响船舶控制的因素有很多，其中包括船舶的操纵性能、推进系统的性能、水动力学性能、环境因素等。
船舶的操纵性能包括船舶的转向性能、侧向推力性能等，这些性能直接影响着船舶的操纵灵活性和稳定性。
推进系统的性能则决定了船舶的速度和加速度，同时也影响着船舶的操纵精度。
水动力学性能包括船舶的阻力特性、航向稳定性等，这些性能直接关系到船舶在航行中的能耗和稳定性。
环境因素如水流、风力、浪涌等也会对船舶的运动产生影响，因此需要在控制原理中进行考虑和处理。
在船舶控制中，常用的控制方法包括自动控制和手动控制两种。
自动控制是指通过计算机、传感器等设备对船舶进行自动操纵，这种方法可以提高船舶的操纵精度和稳定性，减轻操作人员的负担。
手动控制则是指由操作人员通过操纵舵、推进器等设备进行直接操纵，这种方法可以更好地适应复杂多变的环境和任务需求。
在实际船舶操作中，通常会根据具体情况采用以上两种控制方法的组合，以实现船舶的安全、高效运行。
总之，船舶控制原理是船舶工程领域中的重要理论，它涉及到船舶的操纵、导航、稳定性和安全性等诸多方面。
在船舶设计、建造、操作和管理中，都需要充分考虑船舶控制原理，以确保船舶的安全、高效运行。
希望本文的介绍能够对船舶工程领域的相关人员有所帮助，同时也欢迎大家对船舶控制原理进行更深入的研究和探讨。
船舶运动控制方向发表sci
船舶运动控制方向发表sci船舶运动控制是指通过控制船舶的舵角和推进器的动力来实现船舶的运动方向与速度的控制。
在过去的几十年中，船舶运动控制一直是船舶工程领域的关键研究课题之一。
船舶运动控制方向的研究不仅可以提高船舶的操纵性能，更可以增强船舶的安全性和经济性。
因此，船舶运动控制方向的研究具有重要的工程应用和学术价值。
船舶运动控制包括船舶运动的控制和稳定两个方面。
船舶运动的控制主要是指通过对舵角和推进器的控制，实现船舶的运动方向和速度控制。
船舶运动的稳定主要是指通过控制舵角和推进器的动力，使船舶在外部环境的影响下保持稳定的运动状态。
船舶运动控制的关键问题之一是如何选择合适的控制算法。
目前，船舶运动控制方向的研究主要集中在传统的控制算法和现代的控制算法两个方面。
传统的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和自适应控制算法等，这些算法在实际工程中已经得到了广泛的应用。
现代的控制算法包括神经网络控制算法、模型预测控制算法和滑模控制算法等，这些算法在理论研究和工程应用中也取得了良好的效果。
船舶运动控制的另一个关键问题是如何建立适用的数学模型。
船舶运动控制的数学模型是研究者进行理论分析和控制算法设计的基础。
目前，船舶运动的数学模型主要有静力学模型和动力学模型两种。
静力学模型主要用于描述船舶在平稳运动状态下的力学性质，动力学模型主要用于描述船舶在非平稳运动状态下的力学性质。
船舶运动控制的数学模型是复杂的非线性系统，因此研究者需要运用适当的数学工具和方法来对其进行分析和控制。
船舶运动控制方向的研究还涉及到船舶的操纵性能评价和优化。
船舶的操纵性能是指在给定操纵命令下，船舶实现期望的运动方向和速度的能力。
船舶的操纵性能评价可以通过对船舶仿真试验和船舶现场试验的数据进行分析和比较来实现。
船舶的操纵性能优化可以通过改进控制算法和参数设置来实现。
总之，船舶运动控制方向的研究是一个有挑战性的课题。
通过对船舶运动控制方向的研究，可以提高船舶的操纵性能并增强船舶的安全性和经济性。
船舶运动控制系统的研究与应用
船舶运动控制系统的研究与应用船舶运动控制系统是指通过控制船舶运动的各个方面，以达到提高船舶性能、安全、舒适性和效率的目的。
随着船舶科技的不断发展和船舶运输需求的日益增长，船舶运动控制系统的研究与应用变得越来越重要。
本文将从船舶运动控制系统的基本原理、研究内容和应用领域三个方面进行探讨。
船舶运动控制系统主要包括以下几个方面的研究内容：船舶动力学与船体力学建模、船舶运动控制算法设计与仿真、控制系统硬件和软件设计、船舶控制系统的参数辨识与优化等。
通过对船舶的动力学特性、水动力学特性等进行建模和分析，可以得到船舶运动的数学模型。
在此基础上，设计船舶运动控制算法，并通过仿真验证和优化，最终实现对船舶运动的精确控制。
同时，船舶控制系统的硬件和软件设计也是一个重要的研究内容，包括传感器、执行器、控制器的选择和设计等。
此外，船舶运动控制系统的参数辨识和优化也是十分重要的研究内容，通过对系统参数的辨识和优化，可以得到更好的控制效果和性能。
船舶运动控制系统的应用领域十分广泛，包括但不限于以下几个方面：船舶动力性能优化、船舶自动操纵、海洋工程、船舶自适应控制等。
首先，船舶运动控制系统可以优化船舶的动力性能，提高船舶的航行速度和操纵性能。
其次，船舶自动操纵技术是船舶运动控制系统的重要应用领域之一，可以实现船舶的自主航行和自动停泊。
再次，船舶运动控制系统在海洋工程领域具有重要的应用价值，可以通过对船舶运动的控制来进行海洋资源开发、海洋科学研究等。
最后，船舶自适应控制是船舶运动控制系统的重要研究方向之一，可以通过自适应控制算法提高系统的鲁棒性和自适应性。
总之，船舶运动控制系统的研究与应用对于提高船舶性能、安全、舒适性和效率具有重要意义。
通过对船舶运动的建模、控制算法的设计和优化，可以实现对船舶运动的精确控制。
船舶运动控制系统的应用领域广泛，包括船舶动力性能优化、船舶自动操纵、海洋工程和船舶自适应控制等。
未来，随着船舶科技的不断进步，船舶运动控制系统的研究与应用还将继续发展，为航海事业的发展做出重要贡献。
船舶流体动力学和运动控制手册
船舶流体动力学和运动控制手册船舶流体动力学是研究船舶在水中运动和受力特性的一门学科，主要涉及船舶阻力、推进、操纵性等方面。
船舶运动控制则是研究如何通过各种手段来控制船舶的行驶速度、方向和稳定性等问题。
本手册将对这两个领域进行简要介绍。
一、船舶流体动力学1. 船舶阻力船舶阻力是指船舶在水中行驶时所遇到的阻力，包括摩擦阻力、压差阻力、涡流阻力等。
船舶设计师需要了解船舶阻力的特性，以便降低阻力，提高船舶的行驶速度和燃油效率。
2. 船舶推进船舶推进是指船舶前进的动力来源，包括柴油机、蒸汽机、燃气轮机等。
船舶设计师需要根据船舶的用途和尺寸选择合适的推进方式，以满足船舶行驶性能和安全性的要求。
3. 船舶操纵性船舶操纵性是指船舶在行驶过程中，能够按照船长的意愿进行转向、停靠等操作的能力。
船舶设计师需要考虑船舶的船体形状、船舵设计等因素，以提高船舶的操纵性能。
二、船舶运动控制1. 船舶速度控制船舶速度控制是指通过调整船舶柴油机转速、舵角等参数，来控制船舶行驶速度的过程。
船舶驾驶员需要根据实际情况，合理调整船舶的速度，以保证船舶行驶的安全性和稳定性。
2. 船舶方向控制船舶方向控制是指通过调整船舶舵角和侧推器等设备，来控制船舶行驶方向的过程。
船舶驾驶员需要根据实际情况，合理调整船舶的方向，以保证船舶行驶的安全性和稳定性。
3. 船舶稳定性控制船舶稳定性控制是指通过调整船舶的重心、船体形状等因素，来控制船舶行驶稳定性的过程。
船舶驾驶员需要根据实际情况，合理调整船舶的稳定性，以保证船舶行驶的安全性和稳定性。
三、船舶流体动力学和运动控制的应用1. 船舶设计和制造船舶流体动力学和运动控制的知识在船舶设计和制造过程中具有重要作用，可以帮助船舶设计师提高船舶的行驶性能和操纵性能，降低船舶的运行成本。
2. 船舶驾驶员培训船舶流体动力学和运动控制的知识对于船舶驾驶员来说也是非常重要的，可以帮助他们更好地掌握船舶的行驶特性，提高船舶驾驶的安全性和稳定性。
船舶操纵PPT学习教案课件
会计学
1
船舶操纵绪论
概述 船舶操纵运动学参数 船舶操纵动力学参数 船舶阻力与推进
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船舶操纵概述
船舶操纵的含义 常规船舶操纵(ship handling)包括三种：
保持航向 改变航向 改变船速
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船舶操纵概述
保持航向(Course keeping or steering)
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船舶操纵动力学参数
船体水动力及其表 达式
水动力角是指水动力合力FH 方向与船舶首尾线之间的交 角γ；
水动力角可用水动力横向分 量与纵向分量的比值表示
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船舶操纵动力学参数
船体水动力及其表 达式
水动力角的大小取决于横向 水动力系数和纵向水动力系 数的比值；
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船舶操纵设备
• 其他设备：
– 侧推器设备； – 外力协助操纵—拖船的协助； – 系泊设备：锚、缆等。
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船舶操纵特点
• 惯性大，缓变系统 • 控制输入较小 • 欠驱动特性：
控制输入的维数小于被 控自由度维数（dof）， 例如，控制输入：车、 舵；被控坐标：横向位 移y1，航向角和纵向 位移x1
船体水动力及水动力矩
深水中，超大型船舶的纵向附加质 量mx≈0.07m；横向附加质量 my≈0.75m；附加惯性矩Jz≈1.0m。
为了研究问题的方便，有的资料将 船舶质量与附加质量之和称为虚质 量，惯性矩与附加惯性矩之和称 为虚惯性矩。
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船舶操纵动力学参数
船体水动力及其 表达式
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船舶操纵动力学参数
水动力作用中心
船舶运动控制概述
船舶运动控制概述随着经济全球化的加剧，现代物流业飞速发展，市场对进出口的需求越发的加大，造成了与之相应的航运自动化的繁荣发展，各种新的控制算法不断地应用于传播控制以提高营运的经济效益。
作为大连海事大学自动化专业的学生，我们有必要了解船舶相关的知识，包括船舶运动控制，船舶控制系统，船舶导航等的相关知识。
并将储备的知识运用到以后的学习与工作中。
一、欠驱动船舶的控制器设计首先我们先来聊聊船舶的驱动。
由于船舶动力驱动结构具有非完整约束和典型的欠驱动特性,而且航行条件的变化、环境参数的严重干扰和测量的不精确性等又使船舶运动呈现出大惯性、长时滞、非线性等特点,采用传统的船舶控制方法已经不能满足控制要求,必须探索新的船舶控制方法。
欠驱动系统是指由控制输入向量空间的维数小于系统广义坐标向量空间维数的系统，即控制输入数小于系统自由度的系统[1]。
欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，约束都是不可积的微分表达式,属于非完整系统。
研究欠驱动船舶的控制器设计也具有非常重要的现实意义。
一个欠驱动船舶以较少数目的驱动器来完成航行任务,降低了系统的费用及重量,提高了营运效益,同时也会因控制设备的减少而降低船舶机械故障的发生率,使系统运行更加稳定而易于维护。
更为重要的是,欠驱动控制同时对船舶完全驱动系统提供了一种备份控制技术。
如果全驱动系统遇故障不能正常运行时,可采用欠驱动船舶控制策略,利用仍在工作的控制器对船舶进行有效控制,增大设备出现故障时系统的可靠性。
正是由于上述原因,对欠驱动船舶的控制研究得到了广泛重视并成为控制领域的研究热点之一[2]。
作为一种特殊的非线性控制方法,欠驱动船舶控制技术的发展目前还存在着很多问题,有待于更多的科技工作者致力于深入的研究。
为了促进欠驱动船舶控制技术的发展,本文在查阅有关资料的基础上,对欠驱动船舶数学模型、控制方法及其发展做了较为详细的综述,并对该领域存在的问题以及可能的发展方向进行了探讨。
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Mathematical Mode for Control
設計控制模式 這個模式常被使用在設計控制系統的 效用和分析系統的特性（穩定度、限制、 強健性……等等），設計控制模式必須考 慮系統的行為，這些模型的狀態空間模型 （一階常微分方程式）或線性系統可能是 轉移函數的例子(S域)。
Mathematical Mode for Control
非極小相位系統
2.數值模擬 一個非極小相位系統的單位步階響應 數值分析是假設零點的位置在右半平面， 對系統所造成的影響。
非極小相位系統
考慮一個轉移函數為
K( 1- TS) 3 G = ( 1+TS) ( 1+TS) 1 2
從 T1 =5， T2 =10和K=10來研究的三個值，特別 是 T =1,5和10。
因此，高精確度的模式能用來確定控 制器的品質和設計控制模式的品質。 高精確度的模式包含主要的特點與系 統性能有直接的關係，但不適合提供控制 理論的方法。
側踢的流體觀點
假設一個右舵已經起動。舵立即產生力量 F 並且導致一個向外側傾的力量在它的中線左側。 船比舵大很多， 船身產生側傾的力量 FH 與舵產 生側傾的力量 F 比船身產生側傾的力量 F 似乎比 較慢。當船身產生側傾的力量 F 它將控制舵產 生側傾的力量 F 和右舷把船被推到它的中線右邊 維持的一個轉動動作。
結
論
例如:在一次操作靠泊的期間，一個舵kick 經常被使用在幫助橫向移動船。而且，船 向內傾在抵消波浪引起的外傾運動使用在 發展橫搖穩定系統適合一些海軍艦艇。
謝謝聆聽
3
非極小相位系統
非極小 可知，步階響應一開始的確存在一負脈波 信號，右半平面零點和虛數軸的距離越近 的，負脈波信號越大。
Mathematical Mode for Control
在設計控制器中，數學模式允許僅設 計單一控制器，用不同的方法來做數值模 擬，設計有系統特性的模型來達到初步估 測的結果。 由於環境的影響和控制系統的行為， 所以我們使用數學模式來描述船的運動。 當建構和使用數學模式時，重要的是 假設的模型和原模型的效能相同。
R R
H
H
R
側踢的流體觀點
舵產生橫搖的流體觀點
從流力的觀點來解釋舵導致船發 生橫搖的原因，船一旦打到右舵位置， FR 舵立即引起力量 出現。舵引起力量 M FR 使船的中心 瞬間向右旋。應當指出 FR 舵產生力量 導致側踢的描述。
R
舵產生橫搖的流體觀點
船比舵的大很多，船身引起力量 FH 緩慢地增 加。不過，一旦 FH 出現，瞬間產生逆時針 M 和 H 產生向外傾力量比舵瞬間產生順時針 M 的力量還 大。當船逐漸向外偏的時候，瞬間產生抵消船身 的力量 M。最終，船將達到一個穩定向外的橫搖 角，當恢復的瞬間相等時，但是在相反的方向對 船身產生瞬間的 M H。
船舶運動及控制 期中報告
指導老師:曾慶耀 老師 姓名:王資順 學號:M97670023
Introduction
非極小相位系統 1.定理 2.數值模擬 Mathematical Mode for Control 側踢的流體觀點 舵產生橫搖的流體觀點 結論
非極小相位系統
1.定理 在轉移函數中有右半平面零點，系統的 步階響應必須存在一個undershoot。即步 階響應初始的運動軌跡和穩態趨勢呈現相 反的方向。有右半平面零點的系統也被稱 為非極小相位系統。非極小相位曲線的範 圍可能比極小相位曲線大。
高精確度的模式 目的是就是讓這些模式儘可能準確地 描述系統的行為，當設計一個複雜的數學 模式時，這些模式被用在測試控制器。 但這些模式也許可以使設計控制模式 標準化，如果性能不能令人滿意，那麼需 要升級設計控制模式，並且重新設計控制 器。
Mathematical Mode for Control
R H
舵產生橫搖的流體觀點
結
論
這篇文章的重點是基於分析一個簡單 的轉移函數可能對了解研究的系統十分有 效。 轉移函數有右半平面的零點，使步階 響應導致負的脈波信號行為，這表現所謂 非極小相位系統的特性。
結
論
負脈波行為和向內傾的現象就像側傾 的行為一樣，在一個轉彎的階段被認為是 很好的船舶操縱特性。非極小相位系統的 行為應用在船已經被那些領行員採用。