船舶舵阻横摇及其鲁棒控制 (平装) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:大连海事学院出版社

作者:杨承恩

出品人:

页数:218 页

译者:

出版时间:2001年11月

价格:20.0

装帧:平装

isbn号码:9787563214662

丛书系列:

图书标签:

• 船舶控制
• 船舶动力学
• 横摇抑制
• 鲁棒控制
• 舵控制
• 海洋工程
• 船舶设计
• 自动导航
• 控制系统
• 船舶运动

船舶动态稳定与高效航行：聚焦舵效提升与横摇抑制 本书旨在深入探讨船舶在复杂海洋环境下的动态稳定性问题，并在此基础上阐述提升船舶操纵性能、抑制横摇的关键技术。我们将着重分析船舶的操纵动力学特性，特别是舵效在船舶转向过程中的作用机制，以及舵机系统对船舶稳定性的影响。同时，本书也将详细介绍横摇现象的成因，包括波浪激励、不对称载荷以及船体结构共振等，并从流体动力学和船舶设计角度，提出有效的横摇抑制策略。 第一章：船舶操纵动力学基础 本章将构建船舶操纵的理论框架，从牛顿第二定律出发，建立船舶的运动方程。我们将重点解析操纵力矩，包括舵力矩、水动力操纵力矩以及船体自身的回复力矩。 1.1 船舶运动方程： 介绍船体在六自由度空间中的运动描述，并简化为常见的平面运动模型。 1.2 操纵力与力矩： 详细分析舵叶产生升力和阻力，进而产生转向力矩的原理。探讨船体形状、吃水深度以及船速对舵效的影响。 1.3 水动力操纵模型： 介绍常见的船舶操纵水动力模型，如MMG模型，并分析模型参数的物理意义。 1.4 舵效与船舶响应： 深入研究舵角变化对船舶航向、横向位移和横摇角的影响。分析不同舵角下的船舶响应特性，包括转向性能、回转性能等。 第二章：舵效提升与鲁棒控制策略 本章将聚焦于提升船舶舵效，并提出能够应对海洋环境不确定性的鲁棒控制方法。 2.1 舵效提升技术： 2.1.1 舵叶设计优化： 探讨不同舵叶形状、翼型、面积以及安装角度对舵效的影响。介绍翼型理论在舵叶设计中的应用。 2.1.2 舵机系统性能： 分析舵机系统的响应速度、精度和稳定性对船舶操纵性能的影响。探讨先进舵机控制技术。 2.1.3 辅助操纵装置： 介绍喷射舵、襟翼舵等辅助操纵装置的工作原理及其对提升舵效的作用。 2.2 船舶鲁棒控制理论： 2.2.1 鲁棒控制概述： 介绍鲁棒控制的基本概念，包括不确定性模型、鲁棒性指标以及设计方法。 2.2.2 状态空间模型与控制： 建立船舶的线性和非线性状态空间模型，并讨论基于状态反馈的鲁棒控制器设计。 2.2.3 H-无穷鲁棒控制： 详细介绍H-无穷控制在船舶操纵鲁棒控制中的应用，包括性能指标的设定和控制器求解。 2.2.4 LMI（线性矩阵不等式）方法： 阐述如何利用LMI技术来解决鲁棒控制器的存在性问题。 2.2.5 模型预测控制（MPC）在船舶操纵中的应用： 探讨MPC如何通过滚动优化来应对动态不确定性和约束条件。 第三章：船舶横摇及其抑制机理 本章将深入剖析船舶横摇的产生机制，并探讨多种横摇抑制技术，重点关注其在鲁棒控制框架下的应用。 3.1 横摇现象的成因分析： 3.1.1 波浪激励： 分析不同波浪谱和波浪方向对船舶产生的横摇力矩。 3.1.2 船体不稳定性： 讨论船体静水回复力臂曲线对横摇的影响，包括危险的灭失角。 3.1.3 载荷分布变化： 分析货物装载、燃油消耗以及人员活动等引起的重心变化对船舶稳定性的影响。 3.1.4 流体动力学效应： 介绍甲板上浪、水体晃荡等对横摇的影响。 3.2 横摇抑制技术： 3.2.1 被动式横摇稳定器： 船体形状优化： 讨论宽扁船型、球鼻艏等对减少横摇的作用。 鳍状稳定器： 介绍固定式鳍状稳定器的设计原理、水动力特性及其减摇效果。 滑移稳定器（Bilge Keels）： 分析其产生阻力以抑制横摇的机制。 3.2.2 半主动式横摇稳定器： 活动鳍状稳定器： 详细介绍活动鳍状稳定器的工作原理，包括其可调角度和控制策略。 陀螺稳定器： 阐述利用陀螺仪的进动效应来产生反作用力矩以抑制横摇。 3.2.3 主动式横摇稳定器： 主动鳍状稳定器： 重点介绍基于反馈控制的主动鳍状稳定器，包括其传感器、执行器和控制算法。 水舱式稳定器（Anti-rolling Tanks）： 分析调水舱、消浪舱等不同类型水舱的减摇原理。 减摇鳍与舵联动控制： 探索将减摇鳍和舵的控制相结合，实现更优的综合操纵性能。 3.3 横摇抑制与鲁棒控制的融合： 3.3.1 基于模型的横摇预测与控制： 利用船体动力学模型，预测未来横摇趋势并提前采取控制措施。 3.3.2 自适应横摇控制： 提出能够根据海洋环境和船舶状态实时调整控制参数的自适应控制方法。 3.3.3 模糊逻辑与神经网络在横摇控制中的应用： 探索非线性控制方法在处理复杂横摇问题中的优势。 3.3.4 状态估计与滤波技术： 介绍卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波等在估计船舶运动状态和识别干扰方面的作用。 第四章：仿真与实验验证 本章将介绍如何通过数值仿真和模型试验来验证所提出的舵效提升与横摇抑制控制策略的有效性。 4.1 数值仿真平台： 介绍常用的船舶操纵和运动仿真软件，如Hydro-,MATLAB/Simulink等。 4.2 仿真场景设计： 模拟不同海况、航速和操纵指令下的船舶行为。 4.3 模型试验方法： 详细介绍拖曳水池、操纵水池等模型试验的原理和流程。 4.4 仿真与试验结果分析： 对仿真和试验数据进行对比分析，评估控制算法的性能指标，如操纵精度、横摇抑制效果、鲁棒性等。 本书内容力求严谨、全面，希望能为船舶工程、海洋工程及相关领域的科研人员和工程师提供有价值的参考。

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读完这本书，我最大的感受是，原来控制一艘船的横摇，涉及到这么多精妙的理论和技术。作者在开篇就详细阐述了船舶横摇的物理模型，从水动力学和运动学角度，将横摇的产生原因，比如波浪扰动、不对称载荷等等，都分析得条理清晰。特别是对于舵阻的作用，书中用了大量的篇幅来解释，包括舵的几何形状如何影响水动力，以及如何通过改变舵的迎角来产生抑制横摇的力矩。这部分内容让我对“舵”这个看似简单的部件有了全新的认识，它不仅仅是用来改变航向的，更是维持船舶稳定性的重要“卫士”。书中还引入了一些先进的控制算法，比如自适应控制和预测控制，这些理论知识对我来说虽然有些晦涩，但通过配合大量的仿真结果和图表，我还是能理解它们是如何被应用于实际的船舶横摇控制系统中的。尤其是书中提到的鲁棒控制，这恰恰是解决实际工程问题中不可或缺的，因为它考虑到了模型的不确定性和外部扰动的变化，保证了控制系统在各种复杂工况下都能保持稳定性。

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我是一名船舶设计专业的学生，一直对船舶的操纵性和稳定性很感兴趣。这本书的内容，正好触及了我学习的重点。在阅读过程中，我发现作者在理论推导方面做得非常扎实，比如关于船舶横摇动力学方程的建立，他考虑到了很多实际因素，不像一些教科书那样过于理想化。书中对不同舵型在抑制横摇方面的优劣分析，也提供了很有价值的参考。我尤其欣赏的是，作者并没有止步于理论分析，而是将理论与实际的工程应用紧密结合。书中提到的舵阻控制系统设计，以及相关的仿真与试验验证，都让我看到了理论知识如何转化为实际的工程解决方案。虽然书中涉及的数学模型和控制理论对于初学者来说可能有些挑战，但其清晰的逻辑和丰富的案例，足以引导读者一步步深入理解。我个人觉得，如果能再增加一些具体的工程案例分析，比如不同类型船舶（例如大型集装箱船、客船等）在不同海况下的实际控制数据对比，那就更加完美了，这样可以更直观地展现鲁棒控制在实际应用中的优势。

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这本书的封面设计就很有意思，深蓝色的背景，上面是抽象的船体线条和几缕代表水流的白色波纹，中间是醒目的书名，整体透露出一种专业又不失现代感的气息。我之所以被吸引，主要是因为它探讨的是“船舶舵阻横摇”这个话题，这在我看来是船舶航行中一个非常关键又容易被忽视的方面。想象一下，在一片浩瀚的海洋上，一艘巨轮的平稳航行，其中隐藏了多少复杂的物理原理和精密的控制技术？尤其是在恶劣海况下，如何有效抑制船舶的横摇，保证航行的安全和舒适，这本身就是一个充满挑战的研究领域。这本书的出现，无疑为我提供了一个深入了解这个问题的绝佳机会。我期待它能从理论层面，比如流体力学、动力学等方面，对船舶横摇的产生机理进行细致的分析，揭示哪些因素会加剧横摇，哪些因素又能起到抑制作用。同时，我也希望它能在工程实践层面，介绍一些创新的舵阻设计或者控制策略，这些技术是如何在实际的船舶工程中得到应用的，以及它们的效果如何。

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这本书的理论深度和广度都超出了我的预期，尤其是在“鲁棒控制”这一块，作者的论述非常到位。他不仅仅是简单地介绍了几种控制方法，而是深入剖析了为什么在船舶横摇控制中，鲁棒性如此重要。例如，在考虑外界环境不确定性（如波浪的随机性、风的作用等）以及船舶自身参数变化（如载货量的变化、船体磨损等）的情况下，一个非鲁棒的控制器很容易失效，甚至可能放大横摇幅度，造成危险。而鲁棒控制的设计，就是要确保即使在这些不确定性存在的情况下，控制器依然能够维持船舶的稳定。书中对李雅普诺夫稳定性理论、H-无穷控制等经典鲁棒控制方法的介绍，虽然数学公式不少，但作者的讲解还是很循序渐进的，并且通过大量的图示和仿真曲线，直观地展示了不同控制策略的效果对比。我特别喜欢书中关于不同控制参数对系统性能影响的分析，这对于工程师进行实际的系统调优非常有指导意义。

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作为一名在船舶行业工作的工程师，我一直在寻找能够提升船舶操纵性能和航行安全的技术方案。这本书的出现，给我带来了不少启发。书中关于舵阻对船舶横摇的抑制机理的阐述，非常具体和深入。我尤其关注的是书中关于动态舵阻技术和主动控制系统的介绍。想象一下，通过实时监测船舶的姿态和外部环境，然后智能地调整舵的角度和形状，从而主动地抵消横摇的趋势，这该是多么高效和先进的技术。书中详细描述了相关的控制算法和硬件实现，虽然一些细节还在不断演进，但其基本原理和设计思路都非常具有前瞻性。我特别欣赏的是，作者在书中多次强调了“鲁棒性”在船舶控制系统设计中的核心地位，并给出了具体的鲁棒控制方法，这正是我们在实际工程中面临的最大挑战之一。这本书为我们提供了一个很好的理论框架和技术思路，帮助我们设计出更加稳定、可靠的船舶控制系统。

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