一种三体船纵向运动模型辨识方法技术

本发明专利技术设计了一种三体船纵向运动模型辨识方法，主要基于遗传算法的三体船在海浪作用下的受力模型及基于方程解耦的三体船在力作用下的运动模型。根据三体船拖曳水池试验得到的波浪力和波浪力矩，应用遗传算法辨识出三体船在海浪作用下的受力模型。根据三体船拖曳水池试验得到的附加质量、阻尼系数，恢复系数，升沉质量和纵摇惯性力矩，将船舶动力学方程进行解耦辨识出三体船在力作用下的运动模型。本发明专利技术提出一种基于智能算法的辨识方法，适用于对复杂海况下的三体船运动情况进行分析，广泛应用于对船舶减纵摇的控制当中，算法的快速性和智能性可保证得到的三体船模型在高速，复杂海况下也能较准确地估计真实运动情况。

【技术实现步骤摘要】
一种三体船纵向运动模型辨识方法
本专利技术涉及一种三体船纵向运动模型辨识方法，具体属于航海领域的建模方法。
技术介绍
从20世纪下半叶起，各种类型的船舶纷纷面世并投入使用，其航速和尺寸均呈增长的趋势。多体船的总宽度较大，因此具有很大的甲板面积和很高的稳性，并得到了广泛的应用。对于高速多体船而言其大部分时间都在高速状态下运行，在船舶高速航行时升沉和纵摇两个运动量的幅值明显增大，相比于升沉和纵摇运动对于船舶航行造成的影响，其他方向的运动影响可以忽略不计。所以影响高速艇航行的主要因素便是升沉运动和纵摇运动，这两种运动又可以统称为高速艇的纵向运动。三体船纵向运动模型主要由两部分组成，第一部分是船体在海浪作用下的受力模型，包括两个传递函数，其输入是海浪的浪高，输出分别是波浪力和波浪力矩；第二部分是船体在力作用下的运动模型，包括四个传递函数，分别将波浪力转换到升沉量，将波浪力矩转换到升沉量，将波浪力转换到纵摇量，将波浪力矩转换到纵摇量。两类模型要用两种不同的辨识方法，用传统的辨识方法如非线性最小二乘法，搜索范围较小，模型辨识误差较大，精度不高。这种不精确辨识偏差会导致据此设计的控制器失效，对实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三体船纵向运动模型辨识方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)从三体船水池拖曳试验中得到固定航速下的波浪力和波浪力矩的幅值和相位；(2)将三体船水池拖曳试验得到的波浪力和波浪力矩的幅值和相位作为输入变量；确定传递函数分子分母的阶次，分子阶次小于等于分母阶次；根据编写好的遗传算法程序辨识出三体船在海浪作用下的受力模型，由两个传递函数组成；(3)从三体船水池拖曳试验中得到三体船的升沉质量、纵摇惯性力矩、固定航速下的附加质量、阻尼系数以及恢复系数；(4)将船体的运动方程式进行解耦，转化成状态方程形式；(5)将三体船水池拖曳试验中得到的升沉质量、纵摇惯性力矩、固定航速下的附加质量、阻尼系数以及恢...

【技术特征摘要】
1.一种三体船纵向运动模型辨识方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)从三体船水池拖曳试验中得到固定航速下的波浪力和波浪力矩的幅值和相位；(2)将三体船水池拖曳试验得到的波浪力和波浪力矩的幅值和相位作为输入变量；确定传递函数分子分母的阶次，分子阶次小于等于分母阶次；根据编写好的遗传算法程序辨识出三体船在海浪作用下的受力模型，由两个传递函数组成；(3)从三体船水池拖曳试验中得到三体船的升沉质量、纵摇惯性力矩、固定航速下的附加质量、阻尼系数以及恢复系数；(4)将船体的运动方程式进行解耦，转化成状态方程形式；(5)将三体船水池拖曳试验中得到的升沉质量、纵摇惯性力矩、固定航速下的附加质量、阻尼系数以及恢复系数作为输入，根据解耦出的状态方程求出固定航速下的四个传递函数，即为船体在力作用下的运动模型。2.根据权利要求1所述的一种三体船纵向运动模型辨识方法，其特征在于，所述的步骤(2)中的具体遗传算法步骤如下：(2.1)得到待估计的传递函数模型，在频域内传递函数的参数估计问题就是由拖曳水池试验中得到的传递函数的频率响应或者伯德图获得待估计固定零极点数目的传递函数的问题，在频域下的纵向运动模型如下：式中：B(s,θ)与A(s,θ)为两个传递函数；(2.2)对模型采用参数化的辨识方式，通过实验数据估计参数矢量θ，对θ定义为：θ＝(bm+1,bm,bm-1,…,b1,an,an-1,…,a1)；(2.3)由每一组参数矢量θ得到对应的代价函数，对应的代价函数为：式中：|G(jωi)|为实验数据中波浪...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱齐丹，刘娜，
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