船舶操纵运动仿真中改进变步长龙格库塔算法

发布时间：2018-12-21 16:17

【摘要】：针对船舶四自由度操纵运动仿真对运算速度和精度的要求,提出了一种改进的变步长龙格库塔算法以求解船舶动力学和运动学方程.该算法每一次迭代求解过程中在局部将各运动姿态与步长转化为线性关系,根据各姿态实际相对误差与给定相对误差允许值之间的比值来调整步长,使得步长能够根据微分方程梯度变化情况进行自动调整.以某大型货船四自由度模型为对象,对比分析了本文变步长算法、定步长龙格库塔算法和常规变步长龙格库塔算法的仿真性能,结果表明变步长算法具有更快的运算速度和响应速度,非常适用于船舶操纵运动的一般仿真研究.
[Abstract]:An improved Runge-Kutta algorithm with variable step size is proposed to solve the ship dynamics and kinematics equations in accordance with the requirements of the speed and accuracy of the ship's four-degree-of-freedom maneuvering motion simulation. In each iteration of the algorithm, the motion attitude and step size are locally transformed into linear relations, and the step size is adjusted according to the ratio between the actual relative error of each attitude and the allowable value of the given relative error. The step size can be adjusted automatically according to the gradient of differential equation. In this paper, the simulation performance of variable step size algorithm, constant step length Runge-Kutta algorithm and conventional variable step length Runge-Kutta algorithm are compared and analyzed with a four-degree-of-freedom model of a large cargo ship. The results show that the variable step size algorithm has faster operation speed and response speed, and is very suitable for the general simulation research of ship maneuvering motion.
【作者单位】： 武汉理工大学自动化学院;
【基金】：湖北省自然科学基金资助项目(2016CFB502,2015CFB586) 中央高校基本科研业务费资助项目(163111005)
【分类号】：O241.8

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本文编号：2389147