排水型水面船舶推進(jìn)、操縱、搖蕩運(yùn)動(dòng)模式的系統(tǒng)辨識(shí)方法研究.pdf

1、本文以計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)和船模試驗(yàn)相結(jié)合為基礎(chǔ)，通過(guò)建立損失函數(shù)的方法初步研究了常規(guī)排水型水面船舶推進(jìn)、操縱和搖蕩運(yùn)動(dòng)模式下的系統(tǒng)辨識(shí)方法。 目前，國(guó)內(nèi)外所使用的系統(tǒng)辨識(shí)方法主要有兩類：傳統(tǒng)的有最小二乘法、Kalman濾波法、極大似然估計(jì)法等；新型的有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、遺傳算法、小波分析法等。并且這些理論主要用于自適應(yīng)控制的系統(tǒng)辨識(shí)。而對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)模式上的系統(tǒng)辨識(shí)研究較少。目前主要將系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)用于船舶操縱運(yùn)動(dòng)模式中水動(dòng)力系數(shù)的辨識(shí)上，其次

2、近年來(lái)用于對(duì)船舶橫搖運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的阻尼系數(shù)辨識(shí)以及橫搖角的預(yù)報(bào)也取得一定的成果。然而在船舶各運(yùn)動(dòng)模式中船舶推進(jìn)運(yùn)動(dòng)模式是船舶重要的模式，它是船舶的第一生命。在傳統(tǒng)的對(duì)船舶推進(jìn)運(yùn)動(dòng)模式的研究理論中，阻力方面的研究主要是通過(guò)對(duì)相應(yīng)船模進(jìn)行拖曳阻力實(shí)驗(yàn)，換算出實(shí)船航行時(shí)中受到各部分阻力的情況；螺旋槳推進(jìn)方面主要通過(guò)進(jìn)行螺旋槳敞水實(shí)驗(yàn)得到推進(jìn)器的一系列參數(shù)的值。然后由于工況和船舶運(yùn)行時(shí)間對(duì)線型造成的影響，這些模型試驗(yàn)所得到的結(jié)論并不能完全精確得表

3、示實(shí)船的參數(shù)。因此對(duì)船舶的推進(jìn)運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別可以撇開(kāi)理想的前提，通過(guò)實(shí)時(shí)船舶航行中各航行參數(shù)的值辨識(shí)出船體實(shí)際受到的阻力成分或螺旋槳實(shí)際的效率曲線等。 本文首先從系統(tǒng)辨識(shí)的原理出發(fā)，介紹了對(duì)某系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)的問(wèn)題實(shí)質(zhì)分為兩個(gè)步驟來(lái)處理，首先是對(duì)模型結(jié)構(gòu)的辨識(shí)，其次是對(duì)以建好結(jié)構(gòu)模型中參數(shù)的辨識(shí)。本文中分別根據(jù)力學(xué)原理以及船舶原理，先對(duì)排水型水面船舶各運(yùn)動(dòng)模式分別建立了系統(tǒng)辨識(shí)的結(jié)構(gòu)模型。對(duì)模型參數(shù)的辨識(shí)一般是指通過(guò)特定的方法

4、將對(duì)參數(shù)的辨識(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)某個(gè)設(shè)計(jì)變量為待辨識(shí)參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)求最優(yōu)化問(wèn)題。本文針對(duì)不同運(yùn)動(dòng)模式下的模型結(jié)構(gòu)，分別用誤差估計(jì)法和狀態(tài)空間方程法建立了三個(gè)目標(biāo)函數(shù)。由此本文將對(duì)船舶各個(gè)運(yùn)動(dòng)模式下的辨識(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)這三個(gè)目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題上。 由于優(yōu)化問(wèn)題因此本文中具體討論了優(yōu)化問(wèn)題中三要素。設(shè)計(jì)變量即為各運(yùn)動(dòng)模式下需要辨識(shí)各參數(shù)；優(yōu)化方法本文選用了現(xiàn)階段較為常用，原理相對(duì)簡(jiǎn)單并且效率較高的遺傳算法，并在VC++上編寫了針對(duì)不同運(yùn)動(dòng)模

5、式下的遺傳算法系統(tǒng)辨識(shí)程序；約束條件則由各設(shè)計(jì)變量的物理意義和數(shù)學(xué)意義給出。 其次，本文以計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)和船模試驗(yàn)為基礎(chǔ)，給出了船舶不同運(yùn)動(dòng)模式下系統(tǒng)辨識(shí)的三個(gè)算例，結(jié)果證明由系統(tǒng)辨識(shí)方法所建立的模型能夠準(zhǔn)確地反映實(shí)際物理過(guò)程。 最后，基礎(chǔ)Visual C＃.Net平臺(tái)上，設(shè)計(jì)了圖形用戶界面，開(kāi)發(fā)了一套排水型水面船推進(jìn)、操縱、搖蕩運(yùn)動(dòng)模式系統(tǒng)辨識(shí)軟件，該軟件具有良好的交互性，能夠方便用戶進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)動(dòng)模型下的參數(shù)辨識(shí)，并輸

6、出辨識(shí)結(jié)果，這使得該軟件具有較高的實(shí)用性，這也為研究排水型船各運(yùn)動(dòng)模式下的系統(tǒng)辨識(shí)提供了一個(gè)參考平臺(tái)。 就筆者所查文獻(xiàn)資料顯示：本文對(duì)船舶推進(jìn)運(yùn)動(dòng)模式下的系統(tǒng)辨識(shí)研究，在國(guó)內(nèi)外尚屬首次！基于遺傳算法的系統(tǒng)辨識(shí)方法在船舶推進(jìn)、操縱和搖蕩運(yùn)動(dòng)模式下的應(yīng)用以及在Visual C＃.Net平臺(tái)下建立的船舶推進(jìn)、操縱和搖蕩運(yùn)動(dòng)模式系統(tǒng)辨識(shí)軟件都是本論文的創(chuàng)新點(diǎn)。 本課題編制的船舶推進(jìn)、操縱和搖蕩運(yùn)動(dòng)模式系統(tǒng)辨識(shí)軟件使用方便，只要稍