一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法技术

本发明专利技术提出了一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法，属于海洋航行器操纵性模型技术领域，适用于舰船及波浪滑翔器。本方法首先设置积分区间的时间长度，将操纵响应方程对时间积分，得到积分的舰船操纵响应方程；之后设置准则函数，并通过权重系数调节准则函数中参数的相对权重；然后将准则函数根据当前时刻主参数的估计值求极小值，加入步长因子，迭代修正当前时刻主参数的估计值，最后重复以上步骤，直至收到估计过程结束指令，保证估计过程中所述主参数遍历操纵响应方程中所有待估参数。本方法通过实际航行数据实时修正艏摇响应参数，避免了机理建模的困难，保证了艏摇响应参数对舰船或波浪滑翔器操纵性能的真实反映。

On-line identification of yaw response parameters based on integral method

The invention presents an on-line identification method of yaw response parameters based on integral method, which belongs to the technical field of maneuverability model of marine vehicle and is suitable for ships and wave gliders. Firstly, the integral interval time length is set, and the integral ship handling response equation is obtained by integrating the control response equation with time. Then, the criterion function is set up and the relative weight of the parameters in the criterion function is adjusted by the weight coefficient. Then, the criterion function is calculated to minimize the estimated value of the main parameters at the current time, and the step factor is added to iteratively correct the main parameters at the current time. Finally, repeat the above steps until the end of the estimation process instructions are received to ensure that the main parameters described in the estimation process traverse all the parameters to be estimated in the response equation. This method modifies the yaw response parameters in real time through actual navigation data, avoids the difficulty of mechanism modeling, and ensures the real reflection of yaw response parameters on the maneuverability of ships or wave gliders.

【技术实现步骤摘要】
一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法
本专利技术属于海洋航行器操纵性模型
，具体涉及一种适用于海洋航行器实时参数估计的基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法。
技术介绍
舰船及波浪滑翔器的动力学模型是评价其操纵性能、进行动力学分析以及控制方法研究的理论基础。然而，由于载体本身和外界环境的不确定性，机理建模方法的精确性难以保证，使得其在实际应用中遇到困难。舰船操纵响应模型在船舶操纵性研究中占有重要地位。自研究领域内学者通过Z形试验求取艏摇响应参数的标准算法提出后，各国的船舶操纵性研究者都乐于用Z形操舵试验来确定这些参数，以评价船舶的操纵性能。然而，这些方法大都是对于样本数据离线处理得到结果，无法应用于实时系统中。本专利技术提出了一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法，适用于舰船及波浪滑翔器，通过实际航行数据实时修正舰船或波浪滑翔器的艏摇响应参数，避免了机理建模的困难，同时保证此刻的艏摇响应参数能够反映此刻真实的舰船或波浪滑翔器的操纵性能，相比已有技术具有显著优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于海洋航行器实时参数估计的基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术提出了一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法，主要通过以下步骤实现：(1)设置积分区间的时间长度L；(2)将操纵响应方程对时间积分，得到积分的操纵响应方程，积分区间为距当前时刻时间长度为L的区间，积分下限为积分上限为其中为当前时刻；其中，忽略积分区间内待估艏摇响应参数的变化，将待估艏摇响应参数视为常数；(3)设置准则函数，包括积分的操纵响应方程左右两端之差的平方、当前时刻主参数与上一时刻该参数的估计值之差的平方，所述的准则函数的相对权重由权重系数调节，且权重系数大于0；(4)将准则函数根据当前时刻主参数的估计值求极小值，加入步长因子，迭代修正当前时刻主参数的估计值；所述步长因子大于0；(5)重复步骤(3)至步骤(4)，直至收到估计过程结束指令，保证在估计过程中所述主参数遍历舰操纵响应方程中所有待估参数。优选的，所述的操纵响应方程为一阶方程。优选的，所述的操纵响应方程为一阶线性KT方程其中T和K为待估艏摇响应参数，r为转艏角速度，为转艏角加速度，δ为舵角。对于操纵响应方程为一阶线性KT方程的基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法主要通过以下步骤实现：(a)设置积分区间的时间长度L；(b)将操纵响应方程对时间积分，得到积分的操纵响应方程为其中为当前时刻的转艏角速度，r0为时刻的转艏角速度，为当前时刻的艏向角，ψ0为时刻的艏向角；(c)取主参数为K，设置准则函数为其中，为当前时刻K的估计值，为上一时刻T的估计值，为上一时刻K的估计值，μK为对应主参数K的权重系数；(d)将准则函数JK对求极值，加入对应主参数K的步长因子λK，迭代修正参数K的估计值，得到(e)取主参数为T，设置准则函数为其中，为当前时刻T的估计值，为上一时刻T的估计值，为上一时刻K的估计值，μT为对应主参数T的权重系数；(f)将准则函数JT对求极值，加入对应主参数T的步长因子λT，迭代修正参数T的估计值：优选的，所述的操纵响应方程为一阶非线性KT方程其中T、K和α为待估艏摇响应参数，r为转艏角速度，为转艏角加速度，δ为舵角。对于操纵响应方程为一阶非线性KT方程的基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法，主要通过以下步骤实现：(A)设置积分区间的时间长度L；(B)将操纵响应方程对时间积分，得到积分的操纵响应方程为其中为当前时刻的转艏角速度，r0为时刻的转艏角速度，为当前时刻的艏向角，ψ0为时刻的艏向角；(C)取主参数为K，设置准则函数为其中，为当前时刻K的估计值，为上一时刻T的估计值，为上一时刻K的估计值，为上一时刻α的估计值，μK为对应主参数K的权重系数；(D)将准则函数JK对求极值，加入对应主参数K的步长因子λK，迭代修正参数K的估计值，得到(E)取主参数为T，设置准则函数为其中，为当前时刻T的估计值，为上一时刻T的估计值，为上一时刻K的估计值，为上一时刻α的估计值，μT为对应主参数T的权重系数；(F)将准则函数JT对求极值，加入对应主参数T的步长因子λT，迭代修正参数T的估计值，得到(G)取主参数为α，设置准则函数为其中，为当前时刻α的估计值，为上一时刻T的估计值，为上一时刻K的估计值，为上一时刻α的估计值，μα为对应主参数α的权重系数；(H)将准则函数Jα对求极值，加入对应主参数α的步长因子λα，迭代修正α的估计值，得到优选的，所述的操纵响应方程中的所有主参数遍历次序。优选的，所述的方法适用于舰船艏摇响应参数。优选的，所述的方法适用于波浪滑翔器艏摇响应参数，基于积分法的波浪滑翔器艏摇响应参数在线辨识方法包括基于积分法的浮体艏摇响应参数在线辨识方法和基于积分法的潜体艏摇响应参数在线辨识方法，二者并行运行。所述的基于积分法的浮体艏摇响应参数在线辨识方法中使用浮体等效舵角δF，满足关系δF＝ψ0×sin(ψG-ψF)，其中，ψ0为固定角度，ψG为波浪滑翔器中潜体的艏向，ψF为波浪滑翔器中浮体的艏向；所述的基于积分法的潜体艏摇响应参数在线辨识方法中使用潜体等效舵角δG，满足关系δG＝δr，其中，δr为潜体上转动舵的舵角。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法，适用于舰船及波浪滑翔器，通过实际航行数据实时修正舰船或波浪滑翔器的艏摇响应参数，避免了机理建模的困难，同时保证此刻的艏摇响应参数能够反映此刻真实的舰船或波浪滑翔器的操纵性能；本方法在计算过程中应用舰船或波浪滑翔器的艏向角、转艏角速度、舵角信息，避免了使用难以由传感器直接获取的转艏角加速度信息，使得该方法易于被工程人员应用。附图说明图1为本专利技术中基于积分法的舰船艏摇响应参数在线辨识方法的流程图；图2为本专利技术中波浪滑翔器示意图；图3为本专利技术中基于积分法的波浪滑翔器艏摇响应参数在线辨识方法的流程图；图4为本专利技术中波浪滑翔器角度示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。实施例1结合图1，本专利技术提供了一种基于积分法的舰船艏摇响应参数在线辨识方法，该方法的步骤为：步骤(1)设置积分区间的时间长度L；步骤(2)将舰船操纵响应方程对时间积分，得到积分的舰船操纵响应方程，积分区间为距当前时刻时间长度为L的区间，即，积分下限为积分上限为其中为当前时刻；其中，忽略所述积分区间内所述的舰船操纵响应方程的需要估计的艏摇响应参数的变化，即，在所述积分区间内认为所述的舰船操纵响应方程的需要估计的艏摇响应参数为常数；步骤(3)设置准则函数，所述准则函数包括：积分的舰船操纵响应方程左右两端之差的平方、当前时刻主参数与上一时刻该参数的估计值之差的平方，其中，所述的“上一时刻”指所述的一种基于积分法的舰船艏摇响应参数在线辨识方法的上一个计算周期，积分的舰船操纵响应方程左右两端之差的平方、当前时刻主参数与上一时刻主参数的估计值之差的平方的相对权重均由权重系数调节，所述权重系数大于0；步骤(4)所述准则函数关于当前时刻主参数的估计值求极小值，加入步长因子，迭代修正当前时刻主参数的估计值；所述步长因子大于0；步骤(5)重复步骤(3)至步骤(4)直至收到估计过程结束指令，保证在估计过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法，其特征在于，主要通过以下步骤实现：(1)设置积分区间的时间长度L；(2)将操纵响应方程对时间积分，得到积分的操纵响应方程，积分区间为距当前时刻时间长度为L的区间，积分下限为

【技术特征摘要】
1.一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法，其特征在于，主要通过以下步骤实现：(1)设置积分区间的时间长度L；(2)将操纵响应方程对时间积分，得到积分的操纵响应方程，积分区间为距当前时刻时间长度为L的区间，积分下限为积分上限为其中为当前时刻；其中，忽略积分区间内待估艏摇响应参数的变化，将待估艏摇响应参数视为常数；(3)设置准则函数，包括积分的操纵响应方程左右两端之差的平方、当前时刻主参数与上一时刻该参数的估计值之差的平方，所述的准则函数的相对权重由权重系数调节，且权重系数大于0；(4)将准则函数根据当前时刻主参数的估计值求极小值，加入步长因子，迭代修正当前时刻主参数的估计值；所述步长因子大于0；(5)重复步骤(3)至步骤(4)，直至收到估计过程结束指令，保证在估计过程中所述主参数遍历舰操纵响应方程中所有待估参数。2.根据权利要求1所述的一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法，其特征在于：所述的操纵响应方程为一阶方程。3.根据权利要求1所述的一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法，其特征在于：所述的操纵响应方程为一阶线性KT方程其中T和K为待估艏摇响应参数，r为转艏角速度，为转艏角加速度，δ为舵角。4.根据权利要求3所述的一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法，其特征在于，主要通过以下步骤实现：(a)设置积分区间的时间长度L；(b)将操纵响应方程对时间积分，得到积分的操纵响应方程为其中为当前时刻的转艏角速度，r0为时刻的转艏角速度，为当前时刻的艏向角，ψ0为时刻的艏向角；(c)取主参数为K，设置准则函数为其中，为当前时刻K的估计值，为上一时刻T的估计值，为上一时刻K的估计值，μK为对应主参数K的权重系数；(d)将准则函数JK对求极值，加入对应主参数K的步长因子λK，迭代修正参数K的估计值，得到(e)取主参数为T，设置准则函数为其中，为当前时刻T的估计值，为上一时刻T的估计值，为上一时刻K的估计值，μT为对应主参数T的权重系数；(f)将准则函数JT对求极值，加入对应主参数T的步长因子λT，迭代修正参数T的估计值：5.根据权利要求1所述的一种基于积分法的艏摇响应参数在线辨识方法，其特征在于：所述的操纵响应方程为一阶非线性KT方程Tr+r+αr3＝Kδ，其中T、K和α为待估艏摇响应参数，r为转艏角速度，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖煜雷，王磊峰，潘恺文，李晔，张蔚欣，成昌盛，李一鸣，王博，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23