摘要：航道一般指江河及运河内可供船舶通航的水域,目前大多采用流场演化规律分析结合工程人员经验的方法开展规划设计,对通行船舶这一因素考虑不够全面.拟从河道中船舶与流场直接作用的角度提出一种内河航道设计方法.首先,基于Fluent二次开发,突破了船舶-流场相互作用的水动力响应解耦算法,对内河航段中船舶自由漂流运动进行模拟,其中,流场使用有限体积法进行求解,船舶运动控制方程通过用户自定义模块(UDF)输入并采用四阶Runge-Kutta法求解,动网格技术用于更新计算域;然后,考虑航行频率,给予通行船型不同权重,使用加权最小二乘法对漂流轨迹进行曲线拟合,得到航道边界线.选取了长江东流(从天生洲起)这一具有典型碍航结构物(弯道、分汊)航段开展航道设计验证.研究结果表明:设计的航道与现行规划航道趋势一致;同时,结合流场细节云图对船舶运动响应过程进行分析,发现设计的航道可使船舶有效规避风险急流、斜流,合理利用水流动能,提升航行安全性和经济性.

摘要：[目的]针对过驱动船舶在作业中因部分推进器发生故障导致推进能力下降的问题,提出一种基于改进自适应控制分配的容错控制方法。[方法]首先,设计自适应控制分配算法对含有故障推进系统的配置矩阵进行在线自适应重构,在当前推进能力条件下尽量减小推力偏差,并在自适应更新律中引入微分项,以抑制自适应过程中的推力抖振现象;然后,将未处理的控制分配误差作为系统的广义干扰,设计修正型扩张状态观测器对包含其在内的系统集总扰动进行在线估计并在控制律中进行补偿;最后,对闭环控制系统误差有界性进行证明。[结果]以自研的过驱动船舶实验样机为对象进行的仿真与模型实验结果表明,所提方法在推进器发生故障时能显著降低作业误差,使系统更快地恢复至稳定状态,并有效地改善系统的抖振现象。[结论]综上所述,所提方法能够有效应对过驱动船舶推进器失效故障,提升船舶在作业时的容错能力,对提高过驱动船舶的安全性与可靠性具有重要意义。

摘要：根据独立变桨控制(IBP)策略,开发一套基于空间连杆机构的风力机独立变桨控制系统,搭建计及独立变桨控制的浮式风力机(FWT)一体化试验系统,研究统一变桨控制(CBP)和独立变桨控制下的浮式风力机动力学响应特性。结果表明:相较于统一变桨控制策略,独立变桨能有效减小浮式平台纵摇、降低风力机塔顶推力和塔底弯矩等结构载荷,在所研究的工况下减载效果可达10%以上;但同时独立变桨控制也会加剧平台纵摇波动和结构动态载荷,可能引起结构的疲劳损伤。

摘要：针对水下系缆机器人(ROV)在工作中易受水流及模型不确定干扰、控制输出频繁变化导致推进器机械磨损等问题,提出一种基于事件触发的无模型自适应悬停控制方法.首先根据系统输入及输出数据设计基于数据驱动的无模型自适应控制器;然后利用跟踪误差设计相对阈值的事件触发机制,将其引入无模型自适应控制器设计中,以实现相对阈值的事件触发无模型自适应控制,并通过理论证明了悬停控制系统的稳定性;最后通过仿真与对比实验验证了该方法的有效性及优越性.

摘要：深海悬垂取水管的设计趋向于大直径、高内流流速,内流对取水管振动特性的影响不可忽略,分析内部流动引起的管道动态失稳行为以及评估失稳临界流速具有重要工程意义。基于小尺度模型试验,研究内流对深海悬垂取水管道振动特性的影响规律,结果表明:随着内流流速增加,取水管模型会发生动态失稳行为,表现为一种间歇性的近周期运动,该运动主要由管道一阶弯曲模态引起的不稳定性诱导。管道材料、顶端连接方式及底部配重块均影响其动态稳定性,顶端固定连接时质量比小的管道更易发生动态失稳;顶端变为铰接时,质量比大的管道失稳临界流速变小,质量比小的管道失稳临界流速变大。相比顶端边界条件,底部配重块对管道失稳临界流速影响不显著但可以减小其振动幅值。

摘要：针对喷水推进器模型复杂非线性约束下的推力分配问题,提出了一种区域二次规划方法.将喷水推进器纵向推力的瞬时反向特性视为动态可行域的空间不完全对称变化,根据预求解的结果和所设计的区域分配逻辑,得到局部可行的初值和更为准确的求解可行域并保持其凸性,结合组合偏置优化求解算法最终可以得到满足船舶作业需求的最优分配结果.以一艘装配喷水推进器的动力定位船舶为研究对象进行了仿真验证,结果表明:该算法能够有效地实现推力分配,并且相较于传统迭代优化分配算法,求解精度和收敛速度都得到了较大的提升.

摘要：针对浮式风力机组水池模型试验对于风力机组模型尺度气动载荷精确实时模拟的要求,以OO-Star 10 MW浮式风力机组为模拟对象,设计制作一套面向浮式风力机组混合模型试验的多通道载荷复现器。对载荷复现器进行一系列静态、动态载荷复现测试。结果表明,复现器对于稳态风载的复现误差小于4%,最大正向、负向动态载荷变化率为30和27 N/s;在实景湍流风场作用下,复现器对实际风力机组的时变气动推力的频谱能量主区复现率达到99%以上,可有效提升混合模型试验的准确性与可靠性。

摘要：研究内外流对大直径、内流流速高的深海悬垂取水管道动态响应的影响,对实际工程中的取水管道应用提供参考。基于小尺度模型试验,分析内外流作用下管道的动力响应特性,以及顶部连接方式和底部配重块对其响应的影响规律。结果表明:涡激振动响应的主导模态和主导频率主要取决于外流流速,内流流速的变化对主振频率无明显影响,但会增加管道向高阶模态转换的趋势。外流增加会导致P1管道的振动响应从单一模态转向多模态参与,且涡流脱落与固有频率之间的“锁定”和模态转换现象更明显。当存在外流时,管道的位移振幅大小主要受到外流流速影响。外流参与会增加运动的周期性,但随着外部流速增加,取水管道因涡激运动从单一频率的振动转变为复杂的多频率振动,导致运动周期性逐渐减弱。顶部固定的管道底部位移振幅均方根值更大。低外流流速时,管道配重显著影响了管道的振幅,特别是当配重占据管道自重的50%及以上时,振幅的变化与无集中质量时存在明显差异。研究成果在优化内外流条件下悬垂式取水管道的理论模型方面具有显著意义,可为实际深海浮式取水管道的设计与工程实施提供一定参考。

摘要：水下机器人-机械臂系统(UVMS)在水下作业过程中存在自身结构不确定性干扰、系统动力学耦合干扰以及海流干扰的问题,这对水下机器人的运动控制提出了更高的要求。本文以某欠驱动水下机器人系统作为研究对象,提出了一种误差受限的抗干扰控制方法。基于视线法和设定性能函数得到UVMS的误差动力学模型,再基于此模型设计水下机器人(AUV)抗扰控制器。通过牛顿-欧拉方程估算机械臂对于AUV本体的耦合干扰并进行实时补偿。采用神经网络控制补偿AUV系统的结构性不确定性,并利用自适应控制来补偿神经网络估计误差、非结构性不确定性误差和机械臂耦合干扰的补偿误差。通过机械臂静止和定点作业两组工况下的仿真实验发现,运动控制任务符合设定预期时间和跟踪精度,同时也验证了分离式UVMS运动控制方案在水下定点作业任务中的可行性和有效性。本文方法具有很强的鲁棒性,且能够通过此抗扰控制方法来抑制这些不确定性干扰的影响。

摘要：深海取水管道是一种大长细比、高内流流速的悬垂吸液管道,模拟取水管的真实工作状态,研究在内外流作用下的管道动力性能十分必要。基于小尺度模型试验,研究内外流对管道的动力特性影响。结果表明:大部分工况下,内外流共同作用引起的管道振动幅度和频率主要受外流影响;内外流共同作用下,内流流速增加会导致位移振动主频略微降低,顶部张力增加,管道应变响应减小,但其对振动的应变主导阶数影响较小;管道顶部连接方式、底部配重、浸没水深都会影响管道在内外流作用下的涡激振动特性,即顶部铰接相较于固定连接更容易激发管道涡激振动横流向的高阶模态振动,底部配重在小外流流速下会使管道振动幅值降低,在大外流流速下会使管道振动幅值增大,激发横流向高阶主导频率跃迁,浸没水深增加会使管道振动主导频率降低。研究成果可为实际工程项目中深海取水管的设计提供参考依据。