動(dòng)力定位供應(yīng)船水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)估算方法與系統(tǒng)辨識(shí)研究.pdf

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

2、討與研究。
　　本研究在水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)估算方法方面，基于Fluent計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用軟件，數(shù)值計(jì)算標(biāo)模KVLCC2水動(dòng)力并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證采用的CFD方法的有效性。然后以75米供應(yīng)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(yīng)船，再數(shù)值計(jì)算系列供應(yīng)船在不同工況下所受的水動(dòng)力，通過數(shù)據(jù)后處理得到對(duì)應(yīng)工況下的水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)，并對(duì)供應(yīng)船純橫蕩運(yùn)動(dòng)流場(chǎng)現(xiàn)象進(jìn)行分析。同時(shí)也分析了主要船型參數(shù)對(duì)于位置水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)和加速度導(dǎo)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(dòng)力導(dǎo)數(shù)關(guān)于船型參數(shù)和呆木參數(shù)的回歸公式。在系統(tǒng)辨識(shí)方面，對(duì)一艘210000DWT油船的Z形操舵實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，得到辨識(shí)算法需要的參數(shù)序列；并在MATLAB平臺(tái)上編制最小二乘（LS）辨識(shí)程序。然后選取采樣時(shí)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(jìn)行辨識(shí)研究。將辨識(shí)所得水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)與試驗(yàn)水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了LS方法應(yīng)用于水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)辨識(shí)的可行性與有效性，并根據(jù)仿真數(shù)據(jù)辨識(shí)得出以

4、下結(jié)論：對(duì)于周期性過程，在取滿一個(gè)周期的樣本之后，繼續(xù)增加樣本點(diǎn)，辨識(shí)數(shù)值改變不大。即辨識(shí)值與試驗(yàn)值的誤差水平只依賴于采樣間隔，相鄰兩個(gè)樣本數(shù)據(jù)差異較大，辨識(shí)結(jié)果更為準(zhǔn)確，若相鄰數(shù)據(jù)差異較小，則辨識(shí)結(jié)果誤差較大。在仿真辨識(shí)之后，進(jìn)一步進(jìn)行了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的辨識(shí)研究。試驗(yàn)數(shù)據(jù)為SIMMAN2008公布的標(biāo)模KVLCC2 Z形自航試驗(yàn)，辨識(shí)所得結(jié)果符合物理規(guī)律和一般結(jié)論。通過對(duì)系列供應(yīng)船操縱運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬得到部分線性水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)的回歸公式，為快速估