آناليز و كنترل مقيد حركت غلتش عرضي يك شناور نظامي با باله هاي فعال

Analyze and constrained control of ship roll motion for frigate navy with active fins

یكی از مهم‌ترین حركات یك شناور در امواج دریا، حركت غلتش عرضی می‌باشد. شتاب‌های عرضی و عمودی ناشی از این حركت، باعث اختلال در عملكرد خدمه، افزایش زمان مأموریت، دریازدگی كاركنان، آسیب رساندن به محموله، ناكارآمدی و كاهش عملكرد تجهیزات الكترونیكی، واژگونی شناور، افزایش مصرف انرژی و در كل سبب ناپایداری عرضی شناور می‌گردد. جهت جلوگیری از این پیامدها، انتخاب پایدارساز و سیستم كنترلی مناسب ضروری است. هدف از این تحقیق این است كه ضمن آنالیز حركت غلتش عرضی یك شناور نظامی، كنترل‌كننده مناسب جهت كاهش دامنه این حركت با استفاده از پایدارساز باله‌های فعال طراحی گردد. بدین منظور ابتدا مدل مناسب برای حركت غلتش عرضی شناور و همچنین پایدارساز باله استخراج شده است. از آنالیز دینامیك سیالات محاسباتی به منظور بررسی رفتار باله‌ها با سیال و همچنین محاسبه ضریب نیروی برآ باله‌ها استفاده شده است. یك كنترل كننده LQR مقید به منظور كنترل حركت غلتش عرضی در حضور محدودیت‌های عملگر الكتروهیدرولیكی باله‌ها طراحی و استفاده شده است. به منظور افزایش اعتبار نتایج این تحقیق، عملكرد این كنترل كننده با نتایج یك كنترل كننده PID مقایسه شده است. نتایج شبیه‌سازی كاهش قابل توجه دامنه غلتش عرضی و دست‌یابی به استاندارد ناتو در این زمینه را نشان می‌دهد.

One of the most important of ship motions in sea waves is roll, which causes transverse and vertical accelerations and loss of operational performance of the frigate warship by making limitation in comfort, workability, safety, reduce the performance of weapons and navigation equipment as well as increase the mission time and energy consumption. To prevent these events it is essential selection of suitable stabilizer and control system .The purpose of this research is, analayze of roll motion and suitable controller design for decreasing the amplitude of this motion. for this is extracted suitable fin-roll model as well as computational fluid dynamics method for the fin-roll stabilizer, and flow analysis was done. Because there are fin constraints, in particular the dynamic stall and mechanical fin angle saturation, the constrained control was designed for fin-roll system and the results were compared with PID controller results. The results showed the LQR control had positive effects on significant reduction in the roll amplitude and achieving to the roll operational performance of the frigate warship according to NATO standard.