船舶非线性运动模型参数辨识及运动预报

发布时间：2020-04-05 12:10

【摘要】：船舶非线性运动模型参数辨识及预报是船舶研究领域的一个重要部分。良好的运动预报不仅在船舶的安全性及操纵方面起着重要作用,也在军舰导弹发射精度提供帮助。船舶运动预报既对舰载机的安全起降提供帮助,也可为船舶耐波性的研究提供数据基础。为此开展了以下研究。船舶运动数学模型是研究船舶非线性运动模型参数辨识及预报的基础和关键,建立准确的船舶运动数学模型并进行仿真能更好的研究船舶的运动特性。船舶运动数学模型中,分离型模型(MMG)不仅各项具有实际的物理意义,而且能单独研究船舶的减摇鳍、舵等的水动力参数。因此本文采用分离型模型的思想,研究建立船舶运动数学模型。详述分离型模型中各分力、力矩的构成和水动力系数的推导和计算方法,分析了海浪的特性以及海浪对船舶运动的干扰,最终建立海浪干扰下的非线性船舶运动数学模型并进行船舶运动仿真。建立船舶运动数学模型过程中,根据船型数据计算模型参数计算复杂且偏差较大。本文研究辨识建模方法,提出应用扩展Kalman滤波算法辨识估计船舶运动非线性模型参数。以分离型模型与扩展Kalman滤波算法相结合,应用扩展Kalman滤波算法辨识分离型的船舶运动数学模型的模型参数,通过仿真实验数据,分析模型参数辨识曲线,验证了辨识结果。最后应用扩展Kalman滤波算法,在线自适应辨识船舶运动模型参数,建立预报模型,并进行船舶运动预报,通过实验结果对比分析,预报效果要好于基于卡尔曼预报算法的AR预报方法和基于递推最小二乘算法的AR预报方法,预报精度更高。
【图文】：

运动坐标系,附体,惯性坐标系,坐标系

图 2.1 惯性坐标系和附体坐标系然后建立运动坐标系。运动坐标系建立在船体上，运动坐标系的原点用 O 表示，以取在船舶的中心、重心或是其他位置，所以也称作船体坐标系[10]。运动坐标系是地面坐标系为参考，用来表现船舶的运动姿态的坐标系。运动坐标系的三个方向定 x、y 和 z，Ox 轴的正方向总是指向船舶的航行方向，Oy 轴取在与纵中剖面垂直的向垂直面上，正方向总是指向船体的左右两边，和船舶的横荡方向一致，Oz 轴的正向指向船底并与船舶的甲板垂直。船体坐标系的原点 O 的速度我们用向量 U 表示，并且是一个合速度，它是由船体标系各方向的速度合成的，船体坐标系各方向的速度分别记为 u，，v，w，U 可表示：=( )TU u ,v , w式中 u---纵荡速度（航速）；v---横荡速度；

升力,船体,减摇鳍,作用力

所以带有减摇鳍装置的船舶横摇运动数学模型1 2( ) ( ) ( )xx xx F WAVEI + J p + K + K = K +K的数学模型中可以看出，只要方程的右端为零，不会产生横摇。减摇鳍产生的横摇力矩与海浪产，这里能看出减摇鳍是如何减轻船舶横摇及提高船动鳍角为fα ，则在鳍上产生的升力为：2(1/ 2)F L fL V A Cα= ρ α投影面积；升力系数斜率[28]。于水流相对速度和鳍的轴线，如图 2.2 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661.3

【参考文献】