一种综合利用海洋能的无人平台初步设计分析

摘要

近年来，经济发展带来的环境问题变得越来越严重，在保证经济增长的前提下，减轻环境污染，遏制全球变暖，已经成为多年来国内外学者共同研究的方向。广义的海洋能不仅包括依附在海水中的可再生能源，还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等，是一种可再生能源，取之不尽，用之不竭。同时近年来，无人系统快速兴起，已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，将无人系统的智能化与海洋能发电技术相结合，设计一种可以综合利用多种海洋能源的无人平台是大力发展海洋能源的一种新途径。 本文将无人艇的智能化技术和海洋能发电技术相结合，设计了一种可以综合利用海洋能的无人平台，能够根据环境的不同实时移动自身位置，减少恶劣环境带来的不利影响，同时能够利用海洋能产生的电能为其提供续航力，具体研究工作及成果如下： 首先根据模糊数学船型评优法对无人平台进行了选型分析，在选定船型之后对无人平台进行了初步设计分析，并完成了对无人平台主要尺度的设计、上层建筑形状的设计及总布置设计等工作。 其次，针对本文中无人平台的特殊性，设计了一种Z型传动的操纵推进装置，保证了无人平台优良的航行性能，对无人平台的发电系统包括可实现三个自由度发电的波浪能发电系统和太阳能发电系统进行了较为详细的设计。针对前面的设计，手工制作了一艘可综合利用海洋能源的小水线面四体无人平台，并将相关的推进操纵系统、发电系统和其他设备进行了相关的制作安装与调试。 设计了一套可实现自主避碰的半自主规划航行系统，运用Visual studio平台采用Visual Basic语言完成了对半自主规划航行系统中无人平台运动操纵控制程序的编写工作和上位机显示界面的设计工作。 最后，对制作完成的一种综合利用海洋能的小水线面四体无人平台分别进行了快速性，操纵性和耐波性试验，包括自航试验，回转试验，静水横摇衰减和静水纵摇衰减试验，并通过改编辨识软件对试验数据进行分析，验证了小水线面四体无人平台的优良性能；对可实现三个自由度发电的波浪能发电系统和太阳能发电系统进行了可行性试验，验证了设计的合理性。另外对设计的可实现自主避碰的半自主规划航行系统进行了试验，验证了可行性与可靠性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题的理论意义和实用价值

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 海洋能发电研究现状与发展

1.2.2 太阳能船艇及其设计技术研究现状

1.2.3 绿色能源无人艇及其控制技术研究现状

1.3 本论文研究工作

1.4 本章小结

第2章 无人平台选型分析

2.1 引言

2.2 无人平台船型论证及分析

2.2.1 模糊数学船型评优方法

2.2.2 初步设计分析

2.3 无人平台初步设计

2.3.1 艇型设计

2.3.2 上层建筑设计

2.3.3 总布置设计

2.4 本章小结

第3章 无人平台主要系统设计

3.1 引言

3.2 无人平台推进及操纵系统设计

3.2.1 推进系统设计

3.2.2 操纵系统设计

3.3 太阳能发电系统设计

3.3.1 太阳能发电系统使用方式的选择

3.3.2 太阳能发电系统布置优化

3.4 波浪能发电系统设计

3.4.1 波浪能发电的优点

3.4.2 新型波浪能发电浮体工作原理

3.4.3 新型波浪能发电浮体设计

3.5 综合发电系统的发电效率分析

3.5.1 太阳能发电系统发电效率分析

3.5.2 波浪能发电系统效率分析

3.6 本章小结

第4章 无人平台主要系统制作及安装

4.1 引言

4.2 无人平台模型制作

4.3 水密试验

4.4 无人平台主要系统安装及调试

（1）操纵系统安装

（2）推进系统安装

（3）发电系统的安装

（4）控制系统的安装

4.5 本章小结

第5章 无人平台智能航行系统设计

5.1 引言

5.2 智能航行硬件系统

5.2.1 核心控制器

5.2.2 无人平台感知系统

5.2.3 数据传输系统

5.2.4 避碰系统

5.2.5 应急操作系统

5.2.6 电源系统

5.3 半自主规划航行系统

5.3.1 半自主规划航行系统框架

5.3.2 模糊控制器设计

5.4 本章小结

第6章 无人平台模型性能及功能试验

6.1 引言

6.2 快速性试验

6.3 回转试验

6.4 耐波性试验

6.5 发电系统可行性试验

6.6 半自主规划航行试验

6.7 本章小结

第7章 试验数据的系统辨识处理及分析

7.1 引言

7.2 平台模型的快速性试验数据处理和分析

7.3 船模回转试验数据处理和分析

7.3.1 回转试验数据处理

7.3.2 回转辨识数学模型的建立

7.4 横摇试验数据处理和分析

7.5 纵摇试验数据处理和分析

7.6 本章小结

总结与展望

1.工作总结

2.研究展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢