基于压缩传感的船舶舵参数优化方法研究

发布时间：2017-10-12 07:37

  本文关键词：基于压缩传感的船舶舵参数优化方法研究

  更多相关文章： 操纵性 舵参数 横倾角 压缩传感 仿真优化

【摘要】：船舶的操纵性能的好坏表现在船舶的回转性、航向稳定性和紧急制动等几个方面。舵作为船舶的关键控制装备,其主要参数的变化直接影响到船舶的回转性和航向稳定性。当前采用建立船舶运动仿真模型并进行多次操纵性仿真优化的方法来提高船舶操纵性能,多次仿真导致优化时间长、计算量大。传统的响应面优化方法和全局优化方法虽然能减少仿真次数、节约仿真时间,但其采样的不确定性和不能全局收敛的缺点导致优化结果不准确和不稳定。本文以13000DWT散货船作为研究对象,提出基于压缩传感的船舶舵参数优化方法,建立其在横倾状况下的MMG模型,并给出船舶四自由度运动方程,分析裸船体、螺旋桨和舵的受力情况并给出每个水动力参数的求解方法;分析舵参数中舵面积和展弦比对回转状态下的定常回转直径和回转横倾角的影响,得到提高船舶操纵性能的舵优化参数,并采用基于压缩传感方法对舵参数进行仿真优化。该方法以勒让德正交多项式基来对优化响应面进行稀疏表达,通过超拉丁立方及细分单元内非自适应采样,以及1-范数意义重构获取精确响应面,最后通过响应面上基于细分矩形的全局寻优方法获得最优舵参数设计。将本文所提出方法的仿真优化时间和优化结果同传统优化方法进行比较,压缩传感方法在保证优化精度的同时所需仿真优化时间较少。仿真结果表明,经过本文提出的优化方法能高效的获得较好的操纵性能。
【关键词】：操纵性 舵参数 横倾角 压缩传感 仿真优化
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.3 本文研究内容14-16
• 2 静水、无干扰情况下船舶运动模型16-31
• 2.1 船舶操纵性方程16-20
• 2.2 船舶水动力与力矩模型20-24
• 2.3 船舶横摇力矩计算模型24-25
• 2.4 螺旋桨、舵上的水动力和力矩25-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 基于压缩传感的舵参数仿真优化方法31-45
• 3.1 舵参数对船舶回转的影响31-34
• 3.2 压缩传感算法理论基础34-38
• 3.3 算法数值验证分析38-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 13000DWT散货船的运动仿真研究45-50
• 4.1 静水中船舶定常回转运动仿真45-48
• 4.2 静水中船舶Z型操舵仿真48-49
• 4.3 本章小结49-50
• 5 基于细分矩形的压缩传感仿真优化50-55
• 5.1 优化变量和约束条件50
• 5.2 基于细分矩形的压缩传感优化方法50-51
• 5.3 13000DWT散货船仿真结果优化及分析51-54
• 5.4 本章小结54-55
• 6 总结与展望55-57
• 6.1 全文总结55-56
• 6.2 展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-63
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文情况63

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