Μαθηματική μοντελοποίηση πτερυγίων σταθεροποίησης και επίδραση της συμπεριφοράς τους σε πλοίο κατά το διατοιχισμό
Mathematical modeling of fin stabilizers and their effect on ship's behavior during roll motion
Λέξεις-κλειδιά
Κίνηση διατοιχισμού ; Fin stabilizers ; Μοντέλο κατάστασης-χώρου ; Σύστημα αυτομάτου ελέγχου αναλογικού-διαφορικού ελεγκτήΠερίληψη
Το προς διερεύνηση αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός μαθηματικού μοντέλου περιγραφής της κίνησης διατοιχισμού υπάρχοντος καλωδιακού πλοίου, στο οποίο εγκαθίστανται πτερύγια σταθεροποίησης (fin stabilizers), με τη χρήση ειδικού προγραμματιστικού περιβάλλοντος και ο έλεγχος της αποτελεσματικότητας τους στην απόκριση του πλοίου κατά τη κίνηση του διατοιχισμού. Ο υπολογισμός των βασικών μεγεθών της εξίσωσης διατοιχισμού έγινε με τη χρήση του Microsoft Office Excel και με την αποκόμιση στοιχείων από υπάρχοντα σχέδια και μελέτες του πλοίου με το λογισμικό Autodesk AutoCAD, ενώ η παραγωγή γεωμετρίας των Fin Stabilizers και η ανάπτυξη του μαθηματικού μοντέλου που περιγράφει τη κίνηση του διατοιχισμού πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση κώδικα σε προγραμματιστικό περιβάλλον Matlab.
Αρχικά, συντάσσεται μια ιστορική αναδρομή στις μεθόδους και συσκευές μείωσης/απόσβεσης της κίνησης διατοιχισμού του πλοίου και η ανάπτυξη τους. Στη συνέχεια, γίνεται επεξήγηση των βασικών εννοιών και του θεωρητικού υποβάθρου για την ορθή κατανόηση της διπλωματικής εργασίας με έμφαση στο κομμάτι της μοντελοποίησης της κίνησης του διατοιχισμού του πλοίου, των μαθηματικών μοντέλων Κατάστασης-Χώρου (state-space) καθώς και της λειτουργίας του Αναλογικού-Διαφορικού ελεγκτή (PD controller).
Το υπολογιστικό μέρος της εργασίας αποτελείται από τη μετασκευή της υπάρχουσας μέσης τομής του πλοίου μετά την εγκατάσταση των fin stabilizers και ανάπτυξη του κώδικα μαθηματικής μοντελοποίησης της κίνησης διατοιχισμού του πλοίου με τη χρήση των fin stabilizers αλλά και χωρίς, έχοντας ως δεδομένα τα περισσότερα στοιχεία και παραμέτρους του πλοίου από υπάρχουσες μελέτες και σχέδια και εξάγοντας τα άγνωστα στοιχεία με τη χρήση εμπειρικών μεθόδων. Έπειτα πραγματοποιείται η σύγκριση της απόκρισης του πλοίου σε κίνηση διατοιχισμού με τη χρήση των fin stabilizers και χωρίς αυτά, από την οποία εξάγονται τα βασικά συμπεράσματα ως προς την αποτελεσματικότητα τους στην απόσβεση του εν λόγω φαινομένου. Τέλος, γίνεται μια διερεύνηση της απόκρισης του πλοίου στη κίνηση διατοιχισμού για διαφορετικές τιμές των σταθερών του Συστήματος Αυτομάτου Ελέγχου Αναλογικού-Διαφορικού ελεγκτή.
Περίληψη
The subject of study in this diploma thesis is the development of a mathematical model that describes the roll motion of an existing cable ship, in which fin stabilizers are installed, using a specialized programming environment and the assessment of the Stabilizers effectiveness in the ship’s response during roll motion. The basic parameters of the roll motion equation were calculated using Microsoft Office Excel and utilizing data from existing ship designs and studies with Autodesk AutoCAD software while the geometry of the fin stabilizers and the development of the mathematical model that describes the roll motion were produced using code in the Matlab programming environment.
Initially, a historical overview of the methods and devices for reducing/damping the roll motion of ships and their development is provided. Then, the basic concepts and theoretical background are explained for a proper understanding of the thesis, with an emphasis on the modeling of the ship’s roll motion, State-Space mathematical models and the operation of Proportional-Derivative controller.
The computational part of the thesis involves the modification of the existing midship section of the ship after the installation of the fin stabilizers, and the development of a mathematical modeling code for the ship’s roll motion using the Fin Stabilizers, as well as without them. Most of the ship's data and parameters come from existing studies and drawings, while the unknown parameters were determined using empirical methods. A comparison is then made between the ship's roll motion response with and without the use of the Fin Stabilizers, from which the main conclusions regarding their effectiveness in damping this phenomenon are drawn. Finally, an investigation of the ship’s roll motion response is conducted for different values of the constants in the Proportional-Derivative Automatic Control System.
Αριθμός σελίδων
87Σχολή
Σχολή ΜηχανικώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Ναυπηγών ΜηχανικώνΓλώσσα
ΕλληνικάΣυλλογή
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές