《混合多浮體穩定系統數學建模與姿態穩定機理研究》是依託南京理工大學，由李豪傑擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：混合多浮體穩定系統數學建模與姿態穩定機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李豪傑
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
混合多浮體穩定系統是浮於海面的一種剛、柔多體組合的平台，抑制海浪波動和水動力耦合導致的系統姿態擾動是目前研究難點。針對混合多浮體穩定系統中平台本體的姿態穩定需求，提出剛、柔多體耦合系統波動抑制與系統內驅力相結合的姿態穩定方法。首先研究混合多浮體穩定系統動力學特性，建立其數學模型。通過分析系統內各浮式單元參數對水動力相互作用的影響，探索結構參數到系統姿態的傳遞特性，得出系統擾動機理與抗擾動最佳化方法。結合非完整力學系統理論與非完整系統控制理論，研究系統受控對象內驅動原理與波動抑制方法，最後藉助試驗開展多源內、外力耦合時系統主要可動部件的位姿測試，進行性能驗證與模型修正，獲得混合多浮體穩定系統設計方法與平台本體內驅姿態穩定機理。所得結論在混合多浮體穩定系統被動多源擾動與主動內驅力結合實現姿態穩定方面有創新，為混合多浮體穩定系統的姿態穩定提供新方法，研究成果可為海上小型浮動平台的設計提供理論支撐。
結題摘要
本項目以水面小尺度浮動平台為對象，提出了結構緊湊、能夠快速漂浮和自主穩定的多浮體平台方案。研究了柔性連線的多浮體平台擾動機理，探討了不同系統結構參數下浮動平台的運動回響特性，基於動力學模型和工作空間，設計了浮動平台的姿態穩定控制策略及浮動平台的縮比模型實驗和平台測試實驗，驗證了動力學模型和姿態穩定控制策略的正確性和有效性。 研究了混合多浮體穩定系統動力學特性。分析系統內各浮式單元參數對水動力相互作用的影響，得出系統擾動機理與抗擾動最佳化方法。結合非完整力學系統理論與非完整系統控制理論，研究系統受控對象內驅動原理與波動抑制方法。 提出了柔性連線的小尺度多浮體平台的建模方法。基於理想流體假設，採用莫森方程計算了多浮體結構的波浪力，通過連線點位移矢量求解了彈性連線件的回覆力，建立了柔性連線的小尺度浮動平台動力學模型；分析了平台載體在三級海況下的頻域和時域運動回響；分析了連線件剛度、浮囊直徑和系統重心對多浮體平台系統運動回響的影響，揭示了系統的結構參數對小尺度多浮體系統運動回響的影響規律，最佳化了浮動平台的結構參數。 設計了水面小尺度浮動平台的縮比模型實驗和姿態穩定跟蹤實驗。完成了水面小尺度浮動平台的總體和各子系統設計；設計了基於縮比模型的水動力學特性實驗，針對自由漂浮系統，採用移動導軌跟隨縮比模型運動，研究了不同波浪條件和結構參數對系統運動回響的影響；設計了能夠模擬不同擾動方向和頻率的搖擺實驗台，搭建了浮動平台特性測試系統，進行了實驗室浮動平台姿態穩定性能測試實驗；開展了浮動平台的水面穩定與目標跟蹤實驗，測試了浮動平台在不同擾動下的姿態穩定能力。實驗結果驗證了本研究所建立模型和控制策略的正確性和有效性。
