МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра КСУ

курсовАЯ работа

по дисциплине «Математическое моделирование

объектов и систем управления»

Студент гр. 7408		Лебедев Р. А.
Преподаватель		Шпекторов А. Г.

Санкт-Петербург

2021

ЗАДАНИЕ

курсовая работа

Студент Лебедев Р. А.
Группа 7408
Тема работы:
Исходные данные: Таблица 1 – Основные ТТД НК № НК Наименование НК/катера W, т N, л. с. v, уз 23 НК «Ударный» 253 400 9,0 12 Катер «Ракета» 25,5 1000 30,0
Таблица 2 – Основные ТТД КПК № КПК W, т N, л. с. Скорость, уз vk v1max v2max 9 9,4 400 11,0 13,0 32 Содержание пояснительной записки: Обязательны разделы «Содержание», «Введение», «Заключение», «Список использованных источников»
Предполагаемый объем пояснительной записки: Не менее ___ страниц.
Дата выдачи задания: 28.10.2021 Дата сдачи реферата: Дата защиты реферата:
Студент		Лебедев Р. А.
Преподаватель		Шпекторов А. Г.

Аннотация

В работе была выполнена разработка математических моделей кораблей разных типов (надводного водоизмещающего корабля, катера и корабля на подводных крыльях); составлена и отлажена разностная программная модель движения корабля на языке MATLAB; разработан интерфейс программы моделирования кораблей с использованием средств MATLAB GUI; исследованы динамические свойства моделируемых объектов на ПК с построением графиков и таблиц.

Summary

The work involved the development of mathematical models of ships of different types (surface displacement ship, boat and hydrofoil ship); compiled and debugged a difference software model of the ship's motion in MATLAB; the interface of the ship modeling program was developed using MATLAB GUI tools; investigated the dynamic properties of simulated objects on a PC with the construction of graphs and tables.

Содержание

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ 5

введение 6

1. формирование математической и программной моделей движения НК и КПК 7

1.1. Моделирование движения надводного корабля 7

1.2. Моделирование движения катера 9

1.3. Моделирование движения корабля на подводных крыльях 11

1.4. Режим управления скоростью хода 14

2. Разработка приложения с графическим интерфейсом 15

заключение 22

список использованных источников 23

приложение А 24

Список обозначений

GUI – Graphic User Interface;

ГЭУ – главная энергетическая установка;

КПК – корабль на подводных крыльях;

НВК – надводный водоизмещающий корабль;

ТТД – тактико-технические данные.

Введение

Целью курсовой работы является выработка умения и практических навыков составления и написания программных моделей для исследования в среде MATLAB, создания интерфейсов для вывода результатов моделирования с использованием элементов MATLAB GUI.

Курсовая работа включает в себя следующие основные этапы:

1. Постановка задачи и формирование ее математической модели.

2. Разработка блок-схемы алгоритма решения задачи.

3. Написание и отладка программной модели движения.

4. Представление и анализ результатов работы.

1.Формирование математической и программной моделей движения нк и кпк

1.1.Моделирование движения надводного корабля

Исходные данные:

1. Масса корабля: M = 253 т = 253000 кг.

Мощность ГЭУ: N_max = 400 л. с. = 735,5 Вт/л. с. * 400 л. с. = 294200 Вт.

Скорость: v_max = 9 уз = 9 уз * 1852/3600 м/(с*уз) = 4,63 м/с.

2. Максимальная сила тяги корабля: F_max = N_max/v_max = 294200 Вт/4,63 м/с = 63542 Н.

3. Допустимое изменение силы тяги за единицу времени: ΔF_max ≤ 0.2F_max = 0.2*63542 Н/с = 12708 Н/с.

Разработка разностной модели движения:

1. Шаг приращения времени: Δt = 1 c;

2. Относительное допустимое изменение силы тяги за время Δt = 1 с:

ΔP_i/Δt ≤ 20 %/c.

3. Коэффициент пропорциональности силы сопротивления движению:

A = F_max/(v_max)² = 63542/4,63² = 2964.

Непрерывная модель движения НК имеет вид:

Разностная модель движения НК имеет вид:

Программная модель разрабатывается на основе разностной модели движении.

В таблице 1 приведены результаты моделирования при максимальной тяге.

На рисунке 1 представлены графики основных зависимостей движения НК, по которым определяются основные динамические параметры движения.

Таблица 1 - Результаты моделирования разностной модели НК

Режим	T, c	P, %	vi+1, м/с	xi+1, м	Режим		T, c	P, %	vi+1, м/с	xi+1, м
«Вперед»	0,0	0,0	0,0	0,0	«Реверс»		80,0	100,0	4,6	296,7
	5,0	100,0	0,5	0,5			85,0	0,0	4,2	319,3
	10,0	100,0	1,7	5,4			90,0	-100,0	2,9	337,9
	15,0	100,0	2,7	16,0			95,0	-100,0	1,3	348,9
	20,0	100,0	3,4	31,0			100,0	-100,0	0,0	352,8
	25,0	100,0	3,9	49,1
	30,0	100,0	4,2	69,2
	35,0	100,0	4,4	90,6
	40,0	100,0	4,5	112,8
	45,0	100,0	4,5	135,4
	50,0	100,0	4,6	158,2
	55,0	100,0	4,6	181,2
	60,0	100,0	4,6	204,2
	65,0	100,0	4,6	227,3
	70,0	100,0	4,6	250,4

Основные динамические параметры движения НК:

• время набора максимальной скорости: 4,6 м/с – 50 с; при этом НК проходит расстояние 158,2 м;

• время торможения: 20 с на расстоянии 56 м;

• общее время движения катера составило 100 с;

• общее пройденное расстояние: 352,8 м.

Рисунок 1 – Основные зависимости движения НК