对船舶操纵性和耐波性进行分析时,通常采用CFD仿真和理论分析、自航模试验、实船试验等方法。CFD仿真和理论分析尽管成本低,但需要使用者对CFD仿真有足够的经验才能得到比较准确的仿真结果。实船试验虽然试验数据全面而且准确,但是试验成本高、周期长。而自航模技术则介于两者之间,具有操作方便、试验成本低、周期短、能模拟实船操纵情况的特点。本文针对船舶舵、鳍减摇控制策略论证,设计了基于标准船模DTMB 5415的自航模驱动控制系统。首先分析了国内外自航模研究现状,对比了各个国家不同自航模设计和试验的过程,介绍了自航模系统控制技术和自航模主要试验方法。介绍了自航模的基本设计参数,通过理论计算和水池实验选取合适的鳍、舵及螺旋桨。对自航模船体、舵、鳍、桨分别进行了水动力分析和计算,分析各翼面——舵、减摇鳍、螺旋桨所需驱动力矩、转速及功率,选取合适的电机及驱动器。对自航模驱动控制系统各个子系统如供电系统、无线通讯系统、驱动控制总线系统、传感器数据采集系统进行了设计。然后分析了翼面驱动控制系统所使用的永磁直流无刷伺服电机的控制原理,对其进行数学建模和Simulink仿真,分析电机控制器参数对电机性能的影响。结合实际电机参数分别对舵、鳍、桨伺服驱动电机PID控制参数进行调试,实现了舵、鳍、螺旋桨的高精度运动伺服控制。对翼面驱动控制系统下的船舶运动模型进行了分析和建模,实现了翼面驱动控制系统在负载情况下的仿真。通过船舶运动系统模型仿真确定翼面驱动控制系统的性能对运动控制系统的影响。实际试验中舵、鳍和螺旋桨的响应均能达到预期的跟踪误差和响应速度,湖试航行试验中自航模航速与电机转速基本符合预期。试验结果表明,该系统能实现自航模预期航速、转向、舵速、生摇角度等标准。该自航模能满足操纵性试验、鳍减摇试验和舵减摇试验的航行条件及控制条件。