Курсовая работа: Исследование циркуляции судна
Название: Исследование циркуляции судна Раздел: Рефераты по математике Тип: курсовая работа |
Санкт-Петербургский Государственный Университет Факультет Прикладной Математики – Процессов Управления Кафедра Математической Теории Моделирования Систем управления Курсовая работаТема: «Исследование Циркуляции судна» Выполнила: Тугузова Ольга Валерьевна Группа 314 Оценка: Научный руководитель: Мышков С.К. Санкт-Петербург 2010 СодержаниеПостановка задачи Исследование управляемости судна Заключение Список литературы Постановка задачи.
Одним из основных качеств судна, позволяющих ему следовать по заданной траектории, а также менять направление движения, является его управляемость. Для обеспечения управляемости судно снабжается специальными управляющими устройствами: руль, подруливающие устройства и др. управляемость судна в значительной степени зависит от внешних условий плавания (на тихой воде и безветрии, при наличии волнения и ветра). В данной работе надо исследовать одно из свойств управляемости судна – его поворотливость. Это свойство есть способность судна изменять направление движения и описывать траекторию заданной кривизны. При этом интерес представляет циркуляция судна, т.е. траектория его центра тяжести на тихой воде при перекладке руля на некоторый фиксированный угол. Этим же термином часто обозначают и сам процесс поворота. Для описания циркуляции судна примем следующие нелинейные дифференциальные уравнения: (I) Здесь β – угол дрейфа судна, ψ – угол курса, ω – угловая скорость, α – угол кладки (перекладки) руля. Использовать следующие численные значения параметров: = 0.476, = - 0.683, = - 0.124, = 2.27, =- 5.51, = 4.55, = - 1.26 Требуется провести следующие вычисления: 1. Определить установившиеся значения переменных , при кладке руля , 25, 35. Используя уравнения (I) при ==0. 2. Численно проинтегрировать дифференциальные уравнения (I) при α = с нулевыми начальными данными; время интегрирования Т определяется условием ≤ 0.05 или ≤ 0.05 . 3. По результатам счета построить графики зависимостей β , ω и зависимости Т= Т() при . 4. Добавить к уравнениям (I) кинематические уравнения движения центра масс судна: = v, = v, (II) где v – относительная скорость движения судна, v = 1. Численно проинтегрировать совместную систему (I) – (II). Построить траекторию центра масс на плоскости (х, у). 5. Обнулить в (I) нелинейное слагаемое β2 и выполнить вычисления по п.4 для линейной системы. Сравнить результаты. Исследование управляемости судна. Имеется система, описывающая циркуляцию судна: 1.Определение установившихся значений и . Предполагаем, что и равны нулю. Тогда будем иметь систему нелинейных уравнений: Или если переписать ее в другом виде:
(1) (2) Вторая система для данных значений параметров и для всех значений углов будет иметь отрицательный дискриминант, поэтому будем рассматривать лишь решения первой системы. Решаем систему (1) относительно и для каждого значения получаем значения и .
б) Для : в) Для : 2-3. Для каждого из значений с помощью среды матлаб численно интегрируем исходную систему и получаем время, за которое достигается 5% окрестность значений и
t=0.89 б) Для : t=0.7500
в) Для : t= 0.6800 Построим график зависимости времени t от Для этого для каждого с интервалом 0.1 определим значение переходного процесса t и выведем эти значения в виде графика: 4. Добавили еще два уравнения в исходную систему, проинтегрировали. Рассмотрим численные решения и графики также для трех значений углов. (Численное решение дифференциальных уравнений ищется на промежутке [0;10]) а) Для : б) Для : в) Для : 5.Теперь уберем нелинейное слагаемое из системы и найдем численное решение еще раз. а) Для : б) Для : в) Для : Заключение.
Главный вывод, который можно сделать исходя из графиков, это то, что при наличии нелинейного члена в системе движение центра масс постепенно сходится к движению по окружности. Когда нелинейного члена в системе нет, то положение центра масс постепенно сходится к некоторой точке. Список литературы.
1. Войткунский Я.И. и др. Справочник по теории корабля, 1973. 2. Воронов А.А. Теория автоматического управления, ч. 1, 1977. 3. Зубов В.И. Лекции по ТУ. 4. Понтрягин Л.С. Обыкновенные дифференциальные уравнения
|