船舶操纵运动模拟和智能技术的应用研究

发布时间：2017-04-20 16:18

  本文关键词：船舶操纵运动模拟和智能技术的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 自从1960年美国华盛顿召开船舶操纵性国际研讨会以来，船舶操纵性研究不断发展，取得了十分丰硕的成果。国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)作为负责海事安全的国际性权威机构，为推动船舶操纵性研究，提高船舶航行安全性，减少海洋环境污染危险，发挥了重大作用。另外，国际拖曳水池会议(International Towing Tank Conference，ITTC)和各国造船与轮机工程师协会(Society of Naval Architects and Marine Engineers，SNAME)在推动船舶操纵性研究方面也起了很大的积极作用。 近十年来，随着海运的发展，船舶数量迅速增加、吨位急剧增大、航速不断提高、航道日益拥挤，从而使船舶航行安全问题成为人们关注的焦点。很多国际协会比如国际海事组织(IMO)，国际引水员协会(International Maritime Pilot Association，IMPA)和国际船级社协会(InternationaI Association of Classification Societies，IACS)对船舶操纵性能提出了越来越高的要求。 通过分析船舶操纵运动，建立船舶操纵运动数学模型并进一步研究船舶操纵运动模拟，不仅可以对船舶操纵性能、运行状态作出预报，还可对港口、航道设计提供指导。 在实际的船舶航行过程中，船舶的各种操纵运动参数总是随着船舶的运行状态和航行环境的变化而发生变化，船舶操纵运动是一个时变、非线性和有干扰的过程。船舶操纵与控制系统的数学模型极其复杂，很难通过传统的数学工具来精确描述。因此，非常需要引入新的研究工具和高效的研究方法。 本文利用智能控制技术的优越性，尝试将智能化控制技术用于船舶操纵运动模拟，初步探索了将现代控制理论和智能技术融入船舶操纵预报、模拟的研究方法，提出了用于船舶操纵运动模拟的线性神经网络(LNN)、神经网络递推模型(NNRM)和NNRM、交错航迹距离(CTE)和视距(LOS)混合控制器模型三种控制模型：并将控制模型的理论研究应用到实船试验数据分析、计算，将模拟结果与实际的试验结果作了比较。 武汉理工大学硕士学位论文 船舶在水平面上的运动可以用Serret一Frenet标架和大地坐标系两种坐标 系来描述。本文介绍了serret一Frenct标架在船舶操纵运动模拟与计算中的特 点，讨论了Serret一Frenet标架中的船舶操纵运动方程，介绍了CTE和LOS 混合控制方法，并进行了航迹追踪模拟计算。 综上所述，，船舶操纵运动预报和模拟是船舶操纵性研究的重要课题。从 技术角度讲，未来的预报、模拟以及在模拟器上的应用将更精确、更灵活、 更深入。希望通过自己或他人的继续努力，能在本文初步工作的基础上开发 出更加综合、更加完善的船舶操纵运动模拟和控制技术。
【关键词】：船舶操纵 模拟 智能控制 神经网络 Serret-Frenet标架
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U675.9
【目录】：

• 第1章 绪论9-14
• 1.1 船舶操纵运动模拟10-12
• 1.1.1 船舶操纵运动模拟的方法10-11
• 1.1.2 船舶操纵运动数学模型建模与辨识11
• 1.1.3 船舶操纵运动数学模型的应用11-12
• 1.2 船舶航迹追踪12
• 1.3 船舶操纵运动和智能技术的应用12-13
• 1.4 本文的主要工作13-14
• 第2章 船舶操纵运动数学模型14-22
• 2.1 引言14
• 2.2 船舶操纵运动坐标系统14-15
• 2.3 ABKOWITZ船舶操纵运动模型15-19
• 2.3.1 Abkowitz船舶操纵运动数学模型分析16-19
• 2.4 MMG船舶操纵运动模型19-21
• 2.4.1 MMG船舶操纵运动模型的分析20-21
• 2.5 本章小节21-22
• 第3章 智能技术在船舶操纵运动模拟中应用22-36
• 3.1 智能技术几个方面的介绍22-26
• 3.1.1 神经网络(NN)22-24
• 3.1.2 模糊逻辑(FL)24-25
• 3.1.3 遗传算法(GA)25-26
• 3.2 智能技术在船舶操纵运动模拟中的应用实例26-35
• 3.2.1 线性神经网络(LNN)在操纵性水动力导数估算中的应用26-29
• 3.2.2 神经网络递推模型(Neural Network Recursive Model，NNRM)在模拟船舶操纵运动中的应用29-34
• 3.2.3 神经网络递推模型(NNRM)，交错航迹距离(Cross Track Error，CTE)和视距(Line Of Sight，LOS)控制混合控制器在航迹追踪中的应用34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 船舶航迹追踪36-42
• 4.1 船舶航迹追踪简介36-37
• 4.2 用于船舶航迹追踪中的舵的控制方法-航向参考PD控制37-41
• 4.2.1 比例、微分航向参考控制的设计37-38
• 4.2.2 比例、微分航向参考控制的应用计算38-41
• 4.3 本章小结41-42
• 第5章 SERRET-FRENET标架中的船舶操纵运动42-52
• 5.1 SERRET-FRENET标架简介42-44
• 5.1.1 空间曲线的Serret-Frenet公式42-43
• 5.1.2 Serret-Frenet标架中的法矢和切矢43-44
• 5.2 SERRET-FRENET标架中的船舶操纵运动方程44-51
• 5.2.1 船舶运动的动力学方程44-46
• 5.2.2 船舶运动的动力学方程的分析46-47
• 5.2.3 Serret-Frenet标架中的交错航迹距离(CTE)和视距(LOS)混合控制航迹追踪47-51
• 5.3 本章小结51-52
• 第6章 结论和展望52-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 攻读学位期间发表的论文和参加的科研项目58

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 刘小健;不同装载状态下船舶的操纵性能及推定研究[D];上海交通大学;2008年

2 王晓飞;基于解析模型预测控制的欠驱动船舶路径跟踪控制研究[D];上海交通大学;2009年

3 向先波;二阶非完整性水下机器人的路径跟踪与协调控制研究[D];华中科技大学;2010年

4 郑元洲;基于操纵推理与视频检测的船桥主动避碰系统研究[D];武汉理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 徐明彩;大型水面舰船操纵性仿真软件开发[D];哈尔滨工程大学;2011年

2 刘杨;船舶操纵运动仿真中的水动力系数敏感性分析[D];哈尔滨工程大学;2008年

3 李修强;船舶运动建模与特性仿真研究[D];武汉理工大学;2010年

4 郑元洲;桥区水域船舶失控船桥碰撞应急操纵技术研究[D];武汉理工大学;2010年

5 伍绍博;船舶在波浪中操纵及其控制系统研究[D];上海交通大学;2010年

6 王敏;舰船海上操纵与锚泊运动仿真数学模型研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

  本文关键词：船舶操纵运动模拟和智能技术的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：319055