波浪能最大输出功率设计模型及求解.pdf

波浪能最大输出功率设计模型及求解

：

摘要对波浪能最大输出功率设计问题分别给出了双体单自由度运动和双体两自由度运动的波浪能装置的运动模

型，对线性模型和非线模型分别采用解析方法和数值方法进行求解根据能量转换原理确定了波浪能装置的功率优

．

，，，

化目标函数应用粒子群方法对目标函数进行了优化得到了最大输出功率和最优阻尼系数最后总结了问题的求

．

解要点．

：；；

关键词波浪能装置输出功率最优阻尼系数

１问题背景的提出

［］

１（）

年高教社杯全国大学生数学建模竞赛题是针对一种双体波浪能装置图在波浪中做

２０２２Ａ１

，，

单自由度与两自由度运动的动力学行为进行分析建立装置的运动模型并对两种情况下系统阻尼器

，

阻尼系数进行优化设计使得该装置输出功率达到最大．

该赛题旨在引导学生通过机理模型来研究影响该型

，

波浪能装置能量转换与系统阻尼之间的关系进而推动

研究波浪能装置能量转换与系统阻尼及刚度之间的关

，，

系探索真实装置高效能量转换机制因此题目由易到

难设置了如下个问题：

４

，

问题针对图所示的装置假设装置在波浪作

１１

用下，建立浮子和振子沿垂直于水面做垂荡运动的运动

模型，同时分别对阻尼系数为常值和非线性的模型进行

求解．

问题针对问题所建的波浪能装置的运动模

２１

图波浪能装置示意图

１

，，

型以装置的平均输出功率最大为目标建立阻尼系数

为常值和给定非线性形式优化模型．

，（）

问题如图所示此时波浪能装置的系统阻尼器由旋转阻尼器和直线阻

３２ＰＴＯｏｗｅｒｔａｋｅｏｆｆ

ｐ

，，，

尼器组成．假设波浪能装置在波浪的作用下浮子与振子做垂荡和纵摇运动建立装置的运动模型并

在给定的旋转阻尼器和直线阻尼器阻尼系数的情况求解装置的运动模型．

收稿日期：２０２３０２０７

·教学与竞赛·波浪能最大输出功率设计模型及求解年月