MÔ HÌNH TOÁN HỌC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ ĐỘNG HỌC TÀU THỦY

Hầu hết các tàu DP đều sử dụng các thiết bị đẩy để duy trì vị trí và hướng của nó. Lực đẩy của chân vịt biến bước có thể được tính gần đúng cho bởi phương trình
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
MÔ HÌNH TOÁN HỌC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ ĐỘNG HỌC TÀU THỦY MÔHÌNHTOÁNHỌCHỆTHỐNGĐỊNHVỊĐỘNG HỌCTÀUTHỦY (trongmụcnày,tasẽxâydựng,môphỏngmôhìnhtoánhọc;thiếtkếvàướclượngtrạngtháicủahệthốngDP)1.MoâhìnhthieátbòñaåyDP:Haàu heát caùc taøu DP ñeàu söû duïng caùc thieát bò ñaåy ñeå duy trì vò trí vaø höôùng cuûa noù.Löïc ñaåy cuûa chaân vòt bieán böôùc coù theå ñöôïc tính gaàn ñuùng cho bôûi phöông trìnhF(n,p)=K(n).ú ppoú .(p–po)( 1 – 1 )Vôùi:• K(n) laø heä soá löïc. K(n) baèng haèng soá vôùi toác ñoä chaân vòt khoâng ñoåi.• n laø soá voøng quay chaân vòt . · plaø tæ soá böôùc . Vôùi p=P/D trong ñoù: - P laø khoaûng haønh trình treân voøng quay. - D laø ñöôøng kính chaân vòt. · Plaø tæ soá böôùc hieäu chænh sao cho khi p=po seõ taïo ra löïc ñaåy baèng Zero. Töùc laø F(n,p)=0. Moái quan heä giöõa löïc ñaåy vaø tæ soá böôùc cuøng vôùi caùc löïc ñaåy ño baèng thöïcnghieäm (daáu hoa thò) ñöôïc chæ ra nhö trong bieåu doà hình 1.19: Hình 1.19: Löïcñaåyñobaèngthöïcnghieäm(hoathò)vaømoâhìnhthieátbòñaåylaáy gaànñuùngtheo(1–1)theop=P/D. Bieåuñoàtraùi:F(122,p)=370púpúvaøF(160,p)=655púpú;Bieåuñoàphaûi:F(236,p)=137púpú. Neáu goïi ulaø bieán ñieàu khieån: u=ú ppoú .(p–po)( 1 – 2 )Thì coâng thöùc ( 1 – 1 ) coù theå vieát thaønh: F(n,p)=K(n).u ( 1 – 3 )Xeùt taøu trang bò heä thoáng thieát bò ñaåy goàm: hai chaân vòt chính (Propeller), ba thieát bò ñaåytrong oáng (Tunnel Thruster) bao goàm hai thieát bò ñaåy Tunnel phía muõi 1, 2; moät thieát bò ñaåyTunnel phía laùi vaø moät thieát bò ñaåy coù theå ñieàu chænh goùc phöông vò (Azimuth Thruster).Neáu ta gaùn caùc bieán ñieàu khieån uinhö sau:u1 : chaân vòt chính beân traùi . u4 : thieát bò ñaåy trong oáng phía muõi 2 .u2 : chaân vòt chính beân phaûi . u5 : thieát bò ñaåy trong oáng phía laùi .u3 : thieát bò ñaåy trong oáng phía muõi 1 u6 : thieát bò ñaåy theo goùc phöông vò .Trong heä thoáng DP, caàn thieát taïo ra löïc ñaåy vaø moâme yeâu caàu t ÎR3 cho caùc chuyeånñoäng tieán (Surge), daït (Sway) vaø quay trôû (Yaw). Khi ñoù, vôùi taøu coù caáu truùc thieát bò ñaåynhö hình 1.20 ta coù theå vieát:t=T.K.u( 1 – 4 )vôùi caùc thoâng soá nhö sau : · u= [÷p1–p10÷ .(p1–p10),÷ p2–p20÷ .(p2– p20), . . .÷ p6–p60÷ .(p6–p60),]Tlaø bieán ñieàu khieån vaø pi0(i=1...6) laø tæ soá böôùc hieäu chænh khoâng cuûa chaân vòt thöù i. Sao cho, khi pi=pi0thì luùc ñoù löïc ñaåy taïo ra baèng khoâng. Töùc laø t=0. · Klaø ma traän ñöôøng cheùo cuûa caùc heä soá löïc ñaåy xaùc ñònh laø:K=diag{K1(n1),K2(n2),....K6(n6)} ( 1 – 5 )Vôùi ni (i=1...6) laø voøng quay chaân vòt cuûa chaân vòt thöù i.• Tlaø ma traän caáu truùc thieát bò ñaåy.Caùc löïc ñaåy Ki(ni).ui ñöôïc phaân phoái theo chuyeån ñoäng tieán, daït vaø quay trôû ñöôïc moâ hìnhhoaù bôûi ma traän caáu truùc thieát bò ñaåy T (3 x 6).T coù theå ñöôïc xaùc ñònh töø moâ hình thieát bò ñaåy nhö hình 1.20. Hình1.20: Moâ hình taøuVôùi caùc löïc ñaåy coù chieàu döông ñaõ maëc ñònh theo heä truïc song song vôùi taøu:* Theo chuyeån ñoäng tieán:TX = T1 + T2 + T6.cosa ( 1 – 6 )** Theo chuyeån ñoäng daït :TY = T3 + T4 + T5 + T6.sina ( 1 – 7 )*** Theo chuyeån ñoäng quay trôû :TN = l1.T1 – l2.T2 + l3.T3 + l4.T4 – l5.T5 – l6.T6.sina ( 1 – 8 ) Töø caùc heä soá cuûa caùc phöông trình löïc vaø moâmen ôû treân ta coù ma traän caáu truùcthieát bò ñaåy sau: (1–9)vôùi li laø caùc caùnh tay ñoøn moâmen quay trôû . Cuõng deã daøng thaáy raèng, l1=l2 do haichaân vòt chính ñoái xöùng nhau qua maët phaúng thaân taøu. Chuù yù raèng, söï khoâng chaécchaén cuûa caáu truùc moâ hình ( 1 – 4 ) chæ xuaát hieän trong ma traän heä soá Kvì matraän T ñöôïc xem nhö ñaõ bieát .2.Ñaëctínhñoänglöïchoïcthieátbòñaåy:Ñaëc tính ñoäng löïc hoïc thieát bò ñaåy coù theå ñöôïc moâ hình hoaù bôûi phöông trình vi phaân: ( 1 – 10 )Vôùi tcomlaø löïc ñaåy yeâu caàu vaø Athr= diag {-1/T1, -1/T2,-1/T3 } laø ma traän ñöôøng cheùo baogoàm caùc haèng soá thôøi gian (T1, T2, T3) theo chuyeån ñoäng tieán, daït vaø quay trôû. ( 1 – 11 )VôùinL= [ uL,vL,rL]T laø vectô toác ñoä taàn soá thaáp LF ; nc= [ uc,vc,rc]T laø vectô toác ñoädoøng chaûy ; tL laø vectô caùc löïc vaø moâmen ñieàu khieån ; ñaïi löôïng nhieãu wL = [ wu,wv,wr ]T laø vectô caùc quaù trình nhieãu traéng Gaussian (coù bình phöông trung bình baèng khoâng)khoâng ñöôïc moâ hình hoaù ñoäng hoïc vaø nhieãu.Chuù yù raèng, nc khoâng ñaïi dieän cho toác ñoä doøng chaûy vaät lyù, nhöng coù theå ñöô ...