[发明专利]一种系绳式洋流发电机运动建模方法

权利要求书

1.一种系绳式洋流发电机运动建模方法，其特征在于，包括：

对发电机进行六自由度建模；

将发电机的系绳视为柔性体进行建模，将系绳离散为N个相互连接的绳段，将绳段建模为无质量弹簧；每两个绳段连接点处设置有质量的圆球；对圆球进行质点运动建模；发电机的系绳点处和系绳的锚点处不设置圆球；

发电机模型在系绳点处受到的拉力与第一个圆球受到的拉力大小相等，方向相反；

建立了地面坐标系、平台坐标系以及本体坐标系；地面坐标系S_g的x_g轴指向水流方向，坐标原点O_g为系绳锚点，z_g轴垂直于O_gx_gy_g平面指向上，y_g轴成右手系；平台坐标系S_t，原点O_t与发电机的系绳点P₁重合，x_t轴指向正北，z_t轴指向地面坐标系坐标原点O_g，y_t轴成右手系；本体坐标系原点为发电机的质心O_b，x_b轴沿发电机的纵轴指向机头，z_b轴在机体的纵向对称面内与x_b轴垂直指向下，y_b轴成右手系；

发电机的动力学模型为：

其中(M)_b＝(M_a)_b+(M_t)_b

ω_xb，ω_yb，ω_zb为发电机的姿态角速度；(V)_b为发电机在本体坐标系下的速度，三个方向分量为V_xb、V_yb、V_zb；m_k为发电机的质量，X、Y、Z为发电机相对水流运动产生的水动力在本体坐标系下的三个分量；L_bg为地面坐标系到本体坐标系的转换矩阵；(M_a)_b为发电机相对水流运动受到的水流力矩在本体坐标系中分量，(M_t)_b拉力相对质心产生的力矩，(M)_b为发电机受到的力矩；(ω)_b为发电机运动在本体坐标系下的姿态角速度，(I)_b为发电机的转动惯量矩阵；F为发电机在水中受的浮力，G为发电机所受重力。

2.根据权利要求1所述的系绳式洋流发电机运动建模方法，其特征在于：圆球设置于两个绳段的连接点处，承受两个绳段产生的拉力；弹簧只承受拉力，将绳段承受的重力和水流阻力分配于圆球上。

3.根据权利要求1所述的系绳式洋流发电机运动建模方法，其特征在于：绳总重为M，则第一个圆球和最后一个圆球的质量m为其余圆球的质量m为

4.根据权利要求3所述的系绳式洋流发电机运动建模方法，其特征在于：

第一个圆球上分配第一绳段所受阻力和第二绳段所受阻力的1/2；最后一个圆球上分配最后一个绳段所受阻力和倒数第二个绳段所受阻力的1/2；其余圆球上各分配与之相邻的两个绳段的所受阻力的1/2。

5.根据权利要求1所述的系绳式洋流发电机运动建模方法，其特征在于：首绳段对应的弹簧的伸长量和伸长速率由发电机系绳点和第一个圆球的相对位置和相对运动速度得到；末绳段对应的弹簧的伸长量和伸长速率由锚点和最后一个圆球的相对位置和相对运动速度得到；中间绳段对应的弹簧的伸长量和伸长速率由弹簧端点处两个圆球的相对位置和相对运动速度得到。