排水型水面船舶推進、操縱、搖蕩運動模式的系統(tǒng)辨識方法研究.pdf

1、本文以計算機仿真試驗和船模試驗相結(jié)合為基礎(chǔ)，通過建立損失函數(shù)的方法初步研究了常規(guī)排水型水面船舶推進、操縱和搖蕩運動模式下的系統(tǒng)辨識方法。 目前，國內(nèi)外所使用的系統(tǒng)辨識方法主要有兩類：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。而對船舶運動模式上的系統(tǒng)辨識研究較少。目前主要將系統(tǒng)辨識技術(shù)用于船舶操縱運動模式中水動力系數(shù)的辨識上，其次

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

3、示實船的參數(shù)。因此對船舶的推進運動模式進行系統(tǒng)識別可以撇開理想的前提，通過實時船舶航行中各航行參數(shù)的值辨識出船體實際受到的阻力成分或螺旋槳實際的效率曲線等。 本文首先從系統(tǒng)辨識的原理出發(fā)，介紹了對某系統(tǒng)進行辨識的問題實質(zhì)分為兩個步驟來處理，首先是對模型結(jié)構(gòu)的辨識，其次是對以建好結(jié)構(gòu)模型中參數(shù)的辨識。本文中分別根據(jù)力學(xué)原理以及船舶原理，先對排水型水面船舶各運動模式分別建立了系統(tǒng)辨識的結(jié)構(gòu)模型。對模型參數(shù)的辨識一般是指通過特定的方法

4、將對參數(shù)的辨識問題轉(zhuǎn)化為對某個設(shè)計變量為待辨識參數(shù)的目標函數(shù)求最優(yōu)化問題。本文針對不同運動模式下的模型結(jié)構(gòu)，分別用誤差估計法和狀態(tài)空間方程法建立了三個目標函數(shù)。由此本文將對船舶各個運動模式下的辨識問題轉(zhuǎn)化為對這三個目標函數(shù)的優(yōu)化問題上。 由于優(yōu)化問題因此本文中具體討論了優(yōu)化問題中三要素。設(shè)計變量即為各運動模式下需要辨識各參數(shù)；優(yōu)化方法本文選用了現(xiàn)階段較為常用，原理相對簡單并且效率較高的遺傳算法，并在VC++上編寫了針對不同運動模

5、式下的遺傳算法系統(tǒng)辨識程序；約束條件則由各設(shè)計變量的物理意義和數(shù)學(xué)意義給出。 其次，本文以計算機模擬試驗和船模試驗為基礎(chǔ)，給出了船舶不同運動模式下系統(tǒng)辨識的三個算例，結(jié)果證明由系統(tǒng)辨識方法所建立的模型能夠準確地反映實際物理過程。 最后，基礎(chǔ)Visual C＃.Net平臺上，設(shè)計了圖形用戶界面，開發(fā)了一套排水型水面船推進、操縱、搖蕩運動模式系統(tǒng)辨識軟件，該軟件具有良好的交互性，能夠方便用戶進行相應(yīng)運動模型下的參數(shù)辨識，并輸

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