一种基于蒙特卡罗卡尔曼滤波的船舶轴功率测量方法技术

本发明专利技术提供一种蒙特卡罗卡尔曼滤波的船舶轴功率测量方法，具体过程包括：根据轴系的工作原理，抽象出其物理模型，进而建立状态方程和量测方程，采用蒙特卡罗卡尔曼滤波。首先，根据前一时刻的状态估计值、协方差，采用蒙特卡罗模拟出状态扭矩的随机点集，根据状态方程对其非线性变换，计算该时刻的状态预测值；其次，采用蒙特卡罗对转速的测量值模拟出随机点集，根据量测方程融合计算出轴功率的预测值；最后，卡尔曼估计该时刻的扭矩状态估计值，计算出船舶轴功率。针对接触式和非接触船舶轴功率测量的不足，旨在不增加硬件的前提下，采用蒙特卡罗卡尔曼滤波算法对采集数据融合滤波，噪声协方差估计，提高测量精度，达到在线监测轴功率的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蒙特卡罗卡尔曼滤波的船舶轴功率测量方法
本专利技术涉及船舶轴功率测量领域，更具体地，涉及一种基于蒙特卡罗卡尔曼滤波的船舶轴功率测量方法。
技术介绍
根据应用要求，船舶轴功率分为短期检测和在线监测，短期检测为新船下水或船舶维修后首航测试提供最主要的性能参数。实船在不同工况下，在线监测船-机-桨之间的轴功率是评价三者配合效率的关键参数，为提高船舶动力系统的效率具有十分重要的意义；在线监测轴功率为船舶状态监测和故障诊断提供辅助参数，为提高船舶动力系统的可靠性和安全性具有十分重要的意义；通过对轴功率、扭矩、转速等参数的实时在线监测，评价船舶运行的总体经济性能，为船舶的经济航行提供技术支持。船舶轴功率的测量是通过对扭矩和转速的测量来实现的，其中测量转速的技术成熟，扭矩分为静态测量和动态测量，各种扭矩的测试方法均能对静态扭矩进行精确测量。动态扭矩测量方法主要有应变式、磁电式、振弦式、激光式、无线声表面波式、位置编码器式等。其中，应变式扭矩测量法技术已经很成熟，而且其结构比较简单、操作方便、温度补偿性能好、测量精度高，已成功地应用于船本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于蒙特卡罗卡尔曼滤波的船舶轴功率测量方法，其特征在于，包括：/nS1，根据船轴系的工作原理，抽象出其物理模型，并构建其微分方程，进而根据微分方程构建扭矩的状态方程；/nS2，根据轴功率与扭矩和转速的关系，构建轴功率的量测方程；/nS3，获取前一时刻的扭矩状态估计值和扭矩协方差矩阵，利用蒙特卡罗和扭矩的状态方程计算扭矩当前时刻状态预测值和协方差预测值；/nS4，获取当前时刻转速的测量值和协方差，根据蒙特卡罗卡模拟出当前时刻转速的随机点集；/nS6，根据扭矩的当前时刻状态预测值、转速的随机点集和所述轴功率的量测方程，生成轴功率的样本集和轴功率的预测值；/nS7，根据轴功率的样本集和轴功率...

【技术特征摘要】
1.一种基于蒙特卡罗卡尔曼滤波的船舶轴功率测量方法，其特征在于，包括：
S1，根据船轴系的工作原理，抽象出其物理模型，并构建其微分方程，进而根据微分方程构建扭矩的状态方程；
S2，根据轴功率与扭矩和转速的关系，构建轴功率的量测方程；
S3，获取前一时刻的扭矩状态估计值和扭矩协方差矩阵，利用蒙特卡罗和扭矩的状态方程计算扭矩当前时刻状态预测值和协方差预测值；
S4，获取当前时刻转速的测量值和协方差，根据蒙特卡罗卡模拟出当前时刻转速的随机点集；
S6，根据扭矩的当前时刻状态预测值、转速的随机点集和所述轴功率的量测方程，生成轴功率的样本集和轴功率的预测值；
S7，根据轴功率的样本集和轴功率的预测值，计算功率的协方差以及功率和扭矩的协方差；
S8，根据功率的协方差以及功率和扭矩的协方差通过滤波更新当前时刻的扭矩状态估计值和扭矩协方差矩阵，得到下一时刻的扭矩状态估计值和扭矩的协方差，计算当前时刻的船舶轴功率，重复执行S3到S8。


2.根据权利要求1所述的船舶轴功率测量方法，其特征在于，所述S1中，船轴系如同一个具有惯性质量的弹性系统,当被测轴上作用扭矩时，轴的变形使其任意两个横截面绕中心相对转动，从而产生一个扭转角，根据扭转振动理论，轴的扭转系统可等效为弹性振动系统，其微分方程如下：



K＝GIP/l；
其中，J为扭杆的转动惯量矩阵，C为扭杆扭振时的阻尼矩阵，K为轴的刚度矩阵，l为扭杆长度，G为扭杆剪切模量，Ip为扭杆的惯性矩,分别为扭杆瞬时扭转角，角速度和角加速度。


3.根据权利要求2所述的船舶轴功率测量方法，其特征在于，所述S1中的根据微分方程构建扭矩的状态方程包括：
将扭转角位移和速度看作状态参数，其中微分方程转换为状态方程，假设采样周期为Δt，控制项较小，认为是噪声w的影响，Γ为噪声驱动矩阵，构建的扭矩的状态方程如下：





4.根据权利要求3所述的船舶轴功率测量方法，其特征在于，所述S3中构建的轴功率的量测方程为：

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉平，
申请(专利权)人：湖北理工学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42