POD推进方式的大型船舶运动模型仿真

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吊舱式电力推进船舶螺旋桨匹配设计仿真研究

吊舱式电力推进船舶螺旋桨匹配设计仿真研究秦业志;阮礽忠【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2014(000)006【摘要】在国内，吊舱推进器的设计还处于理论起步阶段，尤其是吊舱推进器螺旋桨，其设计方法尚未成熟，而螺旋桨的设计对于整个推进系统推进性能的影响又尤为关键，关系到船—机—桨匹配的综合推进性能。

为此，采用常规螺旋桨敞水特性图谱等效设计POD螺旋桨参数的方法对吊舱推进器螺旋桨进行设计，分析吊舱式推进船舶船—机—桨的匹配性能。

为了提高设计效率及优化推进系统的推进性能，针对吊舱式电力推进船舶，采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数，同时基于LabVIEW图形化编程语言开发船—机—桨匹配数值分析软件以对设计参数进行静态匹配计算，并与母船的推进效率进行对比，选取最优化的螺旋桨参数作为POD螺旋桨参数，以优化推进效率。

研究结果表明：采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数的方案，同时结合开发的船—机—桨匹配数值仿真分析平台，可以方便、快捷地对吊舱式推进船舶进行船—机—桨匹配分析计算比较，提高推进性能。

【总页数】8页(P65-72)【作者】秦业志;阮礽忠【作者单位】集美大学轮机工程学院，福建厦门361021; 福建省船舶工程重点实验室，福建厦门361021;集美大学轮机工程学院，福建厦门361021; 福建省船舶工程重点实验室，福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】U661.31+3【相关文献】1.船舶电力推进系统螺旋桨负载特性动态仿真 [J], 刘英杰;张周;王婷2.吊舱式船舶电力推进实验系统的设计 [J], 朱楼;沈爱弟3.ABB发布全套船舶咨询及自动化系统提升燃油能效集成先进软件、电力系统以及Azipod@吊舱式推进系统，帮助船东削减高达20％的燃油消耗 [J],4.基于嵌入式平台的吊舱式电力推进仿真系统 [J], 王华英5.吊舱式船舶电力推进装置的发展状况 [J], 赵红;孙培廷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

平旋推进拖船的运动建模与仿真的开题报告

平旋推进拖船的运动建模与仿真的开题报告1. 研究背景和意义随着船舶尺寸的逐渐增加，大型船舶的靠港及水域操作需要运用到拖船协助推进或靠泊。

平旋推进拖船作为一种新型拖船，在船舶操纵中具有独特的运动学性质和控制特性，在安全、高效、环保的航运方面具有广泛的应用前景。

因此，平旋推进拖船的运动建模和仿真研究具有非常重要的意义。

2. 研究目的和内容本研究旨在建立平旋推进拖船的运动学模型，并给出仿真实现的方案，从而实现拖船控制和优化。

具体来说，研究内容包括以下方面：（1）平旋推进拖船的运动学分析及数学建模；（2）平旋推进拖船的控制算法设计；（3）基于MATLAB/Simulink的平旋推进拖船仿真实现；（4）仿真结果分析及控制算法优化。

3. 预期研究成果本研究的预期成果包括：（1）平旋推进拖船的运动学模型和控制算法；（2）基于MATLAB/Simulink的平旋推进拖船仿真平台；（3）仿真结果分析和拖船控制方案优化。

4. 研究方法和步骤本研究将采用理论分析、数值计算和仿真实验相结合的方法，来完成平旋推进拖船的运动建模和仿真研究。

具体步骤如下：（1）研究文献调研，掌握平旋推进拖船的技术原理和研究现状；（2）建立平旋推进拖船的运动学模型，并进行数学分析和计算；（3）设计拖船的控制算法，保证船舶安全操作；（4）基于MATLAB/Simulink平台，开发拖船仿真模型；（5）对仿真结果进行分析和优化，改进控制算法；（6）对研究成果进行总结和展望。

5. 研究的重点和难点本研究的重点在于平旋推进拖船的运动学模型和控制算法的设计和分析。

而难点主要集中在以下几个方面：（1）平旋推进拖船的运动学特性、动力学特性及控制特性的分析；（2）基于控制理论，提出一种适合平旋推进拖船的控制算法；（3）借助仿真平台，对平旋推进拖船的控制算法进行验证和优化。

6. 研究的可行性和可行性分析本研究的可行性较高。

首先，平旋推进拖船的发展趋势和潜力巨大；其次，MATLAB/Simulink是目前广泛使用的工具和平台，可以有效开发和实现仿真模型和算法；第三，研究团队具备较高的专业知识和研究经验，能够保证研究的科学性和可行性。

某船主推进系统建模与仿真

了理论依据。
关键词：船舶、舰船工程；推进系统；仿真；模型；策略
中图分类号：Ｕ６６４．８１文献标志码：Ａ
ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａＭａｉｎＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ
．，
ｉｓ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｔＯｓｉｍｕｌａｔｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇａｎｄｂｒａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｔｈｅｓｈｉｐｉｎＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｍｏｔｉｏｎｓｏｆ
偶合器、螺旋桨及船体运动模型，在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下对该船的加速过程和紧急停船过程进行仿真研究。经分析对比船体在不同机桨联控策略下的运动情况，得出加速和停船过程中最佳的机桨匹配策略，为航行试验提供
ＨａｎＢｉｎｇ，ＷａｎｇＺｈａｏ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄＳａｆｅｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。ＳｈａｎｇｈａｉＳｈｉｐ＆Ｓｈｉｐｐｉｎｇ
第３６卷第２期
２０１３年６月

基于多模态耦合的大型船舶推进系统动力学建模方法

基于多模态耦合的大型船舶推进系统动力学建模方法大型船舶推进系统是由多个子系统组成的复杂控制系统。

为了准确描述系统的动态特性和性能，需要对系统进行动力学建模。

在大型船舶推进系统中，不同的子系统涉及到的物理量、传感器类型和控制策略不同，因此需要采用多模态耦合的方法进行建模。

本文提出了基于多模态耦合的大型船舶推进系统动力学建模方法，它基于物理系统建模和系统辨识的思想，将不同子系统的动态特性和相互作用用一个统一的动态方程描述。

具体步骤如下：第一步，确定系统的动态特性和物理量。

大型船舶推进系统由推进机械系统、舵机系统、推进功率管理系统等多个子系统组成，它们涉及到的物理量包括推进功率、推进力、舵角、舵力等。

第二步，建立子系统的动态方程。

对于每一个子系统，根据其物理特性和控制策略，建立相应的动态方程。

例如，对于推进机械系统，可以采用旋转惯量、扭矩方程等方法建立动态方程。

第三步，建立子系统之间的相互作用方程。

考虑到不同子系统之间存在相互作用和耦合，需要建立子系统之间的相互作用方程。

一般采用能量守恒原理和控制系统的反馈原理等方法建立相互作用方程。

例如，对于推进机械系统和舵机系统之间的相互作用，可以采用能量守恒原理建立相互作用方程。

第四步，将子系统的动态方程和相互作用方程耦合。

将子系统的动态方程和相互作用方程整合成一个大系统的动态方程，得到大型船舶推进系统的动态模型。

第五步，进行模型检验和验证。

对模型进行模拟，比较模拟结果与实际系统的运行情况，检验模型的准确性和可靠性，并进行适当的修正和优化。

本文所提出的基于多模态耦合的大型船舶推进系统动力学建模方法能够有效地描述大型船舶推进系统的动态特性和性能，为船舶推进系统的控制设计和优化提供了基础。

航海模拟器中船舶平旋推进器的数学模型

航海模拟器中船舶平旋推进器的数学模型
张秀凤;金一丞;尹勇
【期刊名称】《中国航海》
【年(卷),期】2010(033)002
【摘要】建立一种用于航海模拟器的平旋推进器(Voith Schneider Propeller,VSP)的数学模型.通过操作硬件设备获得VSP桨的等效螺距比以及VSP桨产生的总推力在船体纵向、横向分力的百分数;利用已公开的VSP桨第一象限图谱计算总推力的大小;将分力的百分数乘以总推力即可得到在纵向、横向、首摇上的分力(矩).将上述得到的VSP浆推力(矩)作为外力叠加到船舶运动方程中,采用四阶龙格--库塔积分得到VSP船舶运动的态势,提供给航海模拟系统的其他模块.实现了航海模拟系统的人--机交互功能,增加系统中船模数据库的多样性.
【总页数】4页(P27-30)
【作者】张秀凤;金一丞;尹勇
【作者单位】大连海事大学,航海学院,辽宁,大连,116026;大连海事大学,航海学院,辽宁,大连,116026;大连海事大学,航海学院,辽宁,大连,116026
【正文语种】中文
【中图分类】U661.33
【相关文献】
1.航海模拟器中船舶数学模型仿真研究 [J], 江玉玲;彭国均
2.平旋推进器桨叶驱动机构的研究 [J], 周行健
3.航海模拟器的功能环境及其在船舶驾驶教学中的应用 [J], 陈聪
4.平旋推进器模拟试验装置行星式凸轮机构设计 [J], 殷鸿梁;刘贤莉
5.航海模拟器的功能环境及其在船舶驾驶教学中的应用 [J], 陈聪;
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船舶纵向运动控制模型的建立及仿真

船舶纵向运动控制模型的建立及仿真船舶纵向运动控制是指通过控制船舶的前进、停止、加速和减速等操作，以实现船舶在纵向方向上的运动控制。

在船舶设计和操作中，船舶纵向运动控制是至关重要的，它直接影响船舶的稳定性、操纵性和安全性。

船舶纵向运动控制模型的建立是实现有效控制的基础。

首先，需要建立船舶的动力学模型。

船舶的动力学模型包括船舶的质量、惯性、阻力等参数，以及船舶的推进力和阻力的数学描述。

通过对这些参数和力的数学表达式的建立和定义，可以得到船舶纵向运动的数学模型。

需要建立船舶的控制系统模型。

船舶的控制系统模型包括船舶的传感器、执行器和控制算法等组成部分。

传感器用于采集船舶的状态信息，执行器用于实施控制操作，控制算法用于根据传感器的反馈信息和控制目标进行调控。

通过对这些组成部分的建立和定义，可以得到船舶的控制系统模型。

基于船舶的动力学模型和控制系统模型，可以进行船舶纵向运动的仿真。

仿真是指通过计算机模拟船舶的运动过程，以验证船舶控制系统的性能和效果。

通过在仿真软件中输入船舶的初始状态和控制指令，可以得到船舶在不同条件下的运动轨迹和性能指标。

通过对不同控制策略和参数的仿真比较，可以优化船舶的控制系统，提高船舶的运动性能和安全性。

船舶纵向运动控制模型的建立和仿真在船舶设计和运营中起着重要的作用。

首先，它可以帮助船舶设计师评估和改进船舶的运动性能，优化船舶的动力系统和控制系统，提高船舶的航行效率和经济性。

其次，它可以帮助船舶操作员理解和掌握船舶的运动特性，提高船舶的操纵性和安全性。

最后，它可以为船舶自主导航和无人驾驶技术的发展提供基础和支持。

船舶纵向运动控制模型的建立和仿真是实现船舶纵向运动控制和优化的基础。

通过建立船舶的动力学模型和控制系统模型，并进行仿真分析，可以提高船舶的运动性能和安全性，优化船舶的控制系统，为船舶设计和运营提供支持和指导。

船舶纵向运动控制模型的研究和应用将继续推动船舶技术的发展和进步，为航海事业的发展做出贡献。

船舶推进系统的建模与仿真

船舶推进系统的建模与仿真1. 引言船舶在现代社会中扮演着重要角色，承担着贸易、运输和旅游等任务。

船舶推进系统作为船舶的核心部件之一，其性能的优化对船舶的航行效率和安全都至关重要。

为了改善船舶推进系统的设计和优化过程，建立船舶推进系统的模型并进行仿真成为一种重要的方法。

2. 船舶推进系统的基本组成船舶推进系统由推进器、发动机、传动装置和控制系统等组成。

推进器主要包括螺旋桨、喷水推进器和水喷射推进器等类型。

发动机则包括内燃机、涡轮机和电动机等。

传动装置用于传递发动机产生的动力，通常包括传动轴、齿轮箱和联轴器等。

控制系统则用于控制船舶推进系统的运行状态，包括油门控制、转向控制和速度控制等。

3. 船舶推进系统的建模方法为了研究船舶推进系统的性能，建立准确的模型是必要的。

船舶推进系统的建模方法可以分为理论建模和实验建模两种。

- 理论建模理论建模是通过对船舶推进系统的物理原理和动力学方程进行分析，建立数学模型。

例如，对于螺旋桨推进系统，可以基于流体动力学原理建立相应的力学模型，以描述推力和效率等参数与转速、螺旋桨几何形状之间的关系。

- 实验建模实验建模是通过实际的试验数据和观测结果，通过拟合曲线或统计方法建立模型。

实验建模可以提供更加真实的系统特性，但也受到实验条件和测量误差等因素的影响。

4. 船舶推进系统的仿真方法船舶推进系统的仿真是基于建立的模型进行计算和模拟，以评估不同工况下的系统性能。

船舶推进系统的仿真方法包括数值仿真和物理仿真。

- 数值仿真数值仿真是利用计算机数值计算方法，对船舶推进系统的模型进行求解和分析。

通常，通过将船舶推进系统的数学模型转化为计算机可处理的方程组，利用数值算法进行求解，得到系统在不同工况下的性能指标，如推力、功率和效率等。

- 物理仿真物理仿真则是通过建立实际的物理模型，采用实物装置进行推进系统的测试和验证。

通过改变实际系统的工作条件，观察和记录不同参数的变化，以验证数值模型的准确性和可行性。

船舶推进装置动态过程的数字仿真算法

船舶推进装置动态过程的数字仿真算法
赵国光
【期刊名称】《船舶工程》
【年(卷),期】1989()1
【摘要】船舶推进装置及其控制系统的数学模型由微分方程、参数方程和逻辑方程等组成,仿真算法需按模型的特点去选择。

作者介绍了关于R-K-4算法的经验;并提出了关于线性和非线性系统的快速算法,并把它们与已有的算法作了比较。

【总页数】7页(P27-32)
【关键词】推进装置;动态过程;数字仿真;船舶
【作者】赵国光
【作者单位】上海交通大学
【正文语种】中文
【中图分类】U664.3
【相关文献】
1.船舶推进装置的仿真分析 [J], 朱泉;
2.基于模糊控制的船舶全回转推进装置控制仿真 [J], 戴晶;孔繁军;潘婧
3.模拟仿真技术在船舶推进装置中的应用 [J], 富喜
4.船舶推进装置的仿真分析 [J], 朱泉
5.船舶推进装置的MATLAB仿真 [J], 陆金铭
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2
船舶平面运动坐标系统与运动方程
1
吊舱推进器结构及优点
吊舱的外形为流线型，安装在船舶上船舵的位置，用于船舶运动的推进电机安装在船舶吊舱的内
MMG 模型［3］需要分别研究船、桨、舵的性能，可以表示出作用于船体的各种流体动力。它基于较高的理论分析及实际的研究，可以较为准确的表示出系统的数学模型，以此来预测船舶在运动过程中的响应。
0
引
言
［1 ］
船舶上基于吊舱方式的电力推进器（ POD ），对受到水的动力作用进行相应优化，其优化后的船舶推进系统效率要优于一般以船桨为推动力的船舶电力推进系统，所以采用吊舱式推进方式的船舶具备较高的实际应用价值。本文以改善吊舱推进方式及船舶操纵性能为目的，修正了目前普遍采用的船舶操纵运动数学模型。分析电机在转动过程中对船舶运动性能的影响，构建基于吊舱方式的船舶电力［2 ］推进操纵运动仿真模型。
通过接收信息来控制船桨的转速及旋转的角度，再对基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型。然后将模型进行仿真，船舶的操纵性能分别进行回转操纵运动仿真和 Z 形操纵运动仿真，软件仿真得到的数据和实船测试得到的数据相似。表明所构建的基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型能够较准确地反映出船舶操纵的运动状态，对基于 POD 推进方式的船舶运动研究有较深远意义。
WANG Zhihui （ Qinhuangdao Institute of Technology， Qinhuangdao 066100 ， China） Abstract： In this paper， to improve the way of pod propulsion ship maneuvering for the purpose，based on the separation of MMG modeling thought，on the basis of ship motion state of pod propulsion mode of ship motion mathematical model is established． Then the model is simulated by receiving information to control the and then on the maneuverability of the ship were carried rotational speed and the angle of rotation of the paddle， out turning maneuver motion simulation and Z － motion simulation， the simulation test data and real data similar to the ship． Mathematical models show the ship' s motion can more accurately reflect the state of motion shiphanding and research a profound significance on ship motion based on POD propulsion mode． Key words： pod propulsion； maneuverability； mathematical models 部，用于提供推进动力的船舶螺旋桨被安装于吊舱内部的前端位置。船舶上吊舱组成主要为舱体及支撑舱的支架，安装在船舶的舱体内部用于提供船舶动力的电机可以直接控制船舶舱里的前端部分与后端的螺旋桨，使其能够进行相应运动。这种具有吊舱的船舶系统其推进方法要优于普通的直接基于螺旋桨提供船舶动力的系统，具有节省空间、高程度模块化、高可靠性、安装方便、维护简单的优势。
关键词：吊舱推进；操纵性能；数学模型中图分类号： TP391． 9 文献标识码： A doi： 10. 3404 / j. issn. 1672 － 7649. 2016. 5A. 018 文章编号： 1672 － 7649 （ 2016 ） 5A － 0052 － 03
POD propulsion mode of large ship motion model simulation
收稿日期： 2016 － 02 － 19 作者简介：王智慧（ 1978 －），女，硕士，讲师，主要研究方向为计算机应用。
第 5A 期 2. 1
王智慧： POD 推进方式的大型船舶运动模型仿真
· 53·
船舶运动数学模型船舶在水中运动过程中具有一定的推力作用，为了表示出船舶吊舱在电机作用下所产生的推力，本文将以普遍采用的基于船舶在平面中的运动为基础，对其采用的两坐标系进行相应改进，将船舶吊舱的附体坐标系加进原来的坐标系中，图 1 为新建的 3 种坐标系。 G P X P Y P 为后来所增加的船舶吊舱附体坐标系， Gxy 为船舶的附体坐标系，OX i Y i 为普遍采用的船舶平面坐标系。
第 38 卷第 5A 期 2016 年 5 月
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol． 38 ，No． 5A May， 2016
POD 推进方式的大型船舶运动模型仿真
王智慧
（秦皇岛职业技术学院，河北秦皇岛 066100 ）摘要：以改进吊舱推进方式的船舶操纵性能为目的，基于 MMG 分离建模思为船舶推力减额系数及横向力系数； x P 为吊舱体的重心 G P 与船舶本身的重心 G 之间的距离长度。设定好所要测试的船舶初始航行速度，根据图 1 ，运用数学上面插值与曲线拟合方法，可计算得出 T K 和 Q K 参数值，然后再计算出船舶吊舱上运计算公式如下：动的螺旋桨推力 T 与它的扭矩 Q， 2 4 T = ρn D K T （ J P ），（ 2） Q = ρ n 2 D5 K Q （ J P ）。式中： P 为海水密度； n 为螺旋桨旋转的速度； D 为螺旋桨的直径； K T 和 K Q 为船舶推力系数与转矩系数。 2. 3 船舶流体动力以及力矩计算模型为有效得出船舶所受到的惯性流体力，需要首