動力定位供應船水動力導數(shù)估算方法與系統(tǒng)辨識研究.pdf

1、隨著海洋開發(fā)的不斷深入和廣泛開展，船舶動力定位技術的需求日趨增大。作為船舶定位控制技術，船舶運動數(shù)學模型的研究與建立占有重要地位。當模型結(jié)構(gòu)已定，如何獲取模型中的參數(shù)（水動力導數(shù)）成為關鍵問題。動力定位技術應用的主流船型為海洋工程供應船（Supply Vessel），對于這一類尾部安裝呆木的船型，其水動力導數(shù)的研究目前仍不多見。論文從快速實用的角度出發(fā)，研究了供應船部分線性水動力導數(shù)的估算公式，并對利用系統(tǒng)辨識方法求取水動力導數(shù)進行了探

2、討與研究。
　　本研究在水動力導數(shù)估算方法方面，基于Fluent計算流體力學應用軟件，數(shù)值計算標模KVLCC2水動力并與試驗數(shù)據(jù)進行對比，以驗證采用的CFD方法的有效性。然后以75米供應船作為母型船，通過船型變換得到不同船型參數(shù)和呆木參數(shù)的系列供應船，再數(shù)值計算系列供應船在不同工況下所受的水動力，通過數(shù)據(jù)后處理得到對應工況下的水動力導數(shù)，并對供應船純橫蕩運動流場現(xiàn)象進行分析。同時也分析了主要船型參數(shù)對于位置水動力導數(shù)和加速度導數(shù)的

3、影響規(guī)律。最后，通過多元線性回歸分析得到了線性水動力導數(shù)關于船型參數(shù)和呆木參數(shù)的回歸公式。在系統(tǒng)辨識方面，對一艘210000DWT油船的Z形操舵實驗進行仿真，得到辨識算法需要的參數(shù)序列；并在MATLAB平臺上編制最小二乘（LS）辨識程序。然后選取采樣時間間隔不同或者樣本總數(shù)不同的的樣本數(shù)據(jù)，結(jié)合LS方法進行辨識研究。將辨識所得水動力導數(shù)與試驗水動力導數(shù)進行對比，驗證了LS方法應用于水動力導數(shù)辨識的可行性與有效性，并根據(jù)仿真數(shù)據(jù)辨識得出以

4、下結(jié)論：對于周期性過程，在取滿一個周期的樣本之后，繼續(xù)增加樣本點，辨識數(shù)值改變不大。即辨識值與試驗值的誤差水平只依賴于采樣間隔，相鄰兩個樣本數(shù)據(jù)差異較大，辨識結(jié)果更為準確，若相鄰數(shù)據(jù)差異較小，則辨識結(jié)果誤差較大。在仿真辨識之后，進一步進行了試驗數(shù)據(jù)的辨識研究。試驗數(shù)據(jù)為SIMMAN2008公布的標模KVLCC2 Z形自航試驗，辨識所得結(jié)果符合物理規(guī)律和一般結(jié)論。通過對系列供應船操縱運動的數(shù)值模擬得到部分線性水動力導數(shù)的回歸公式，為快速估