双全回转推进拖轮操纵运动建模方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术提供了一种双全回转推进拖轮操纵运动建模方法，包括：建立固定于空间的大地坐标系和以拖轮中心为坐标原点的随船坐标系；基于大地坐标系和随船坐标系建立初始MMG拖轮操纵运动模型，并确定初始MMG拖轮操纵运动模型的初始水动力系数；建立物理拖轮模型和初始拖轮操纵运动仿真模型并进行对比试验，根据对比试验的结果确定建模误差因素；基于建模误差因素确定修正误差的目标水动力系数；基于目标水动力系数和初始MMG拖轮操纵运动模型建立目标拖轮操纵运动模型。本发明专利技术提供的双全回转推进拖轮操纵运动建模方法能够提高建模的精度以确保对双全回转推进拖轮操纵性预报的精度。确保对双全回转推进拖轮操纵性预报的精度。确保对双全回转推进拖轮操纵性预报的精度。

【技术实现步骤摘要】
双全回转推进拖轮操纵运动建模方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及船舶操纵运动建模
，具体涉及一种双全回转推进拖轮操纵运动建模方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]近年来，世界主要造船国家大力推进智能船舶的研制与应用。全回转拖轮因其船身小、动力强、操作灵活、作业区域固定、通讯环境稳定等优点，成为智能船舶技术开发应用的热点研究对象。
[0003]拖轮自主运动控制技术是实现智能拖轮的关键，而对于拖轮自主运动控制而言，其控制效果往往依赖于船舶运动学模型的准确性。然而，当前建模研究中，往往忽略吊舱对船舶转向性能的影响，导致建立的双全回转拖轮操纵运动模型的仿真结果与实际情况相比误差较大。
[0004]综上，现有技术在建立双全回转拖轮操纵运动模型未考虑吊舱对船舶转向性能的影响，导致仿真结果误差较大。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种双全回转推进拖轮操纵运动建模方法、系统、设备及介质，解决现有技术中在建立双全回转拖轮操纵运动模型未考虑吊舱对船舶转向性能的影响，导致仿真结果误差较大的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，一方面，本专利技术提供了一种双全回转推进拖轮操纵运动建模方法，包括：
[0007]建立固定于空间的大地坐标系和以拖轮中心为坐标原点的随船坐标系；
[0008]基于所述大地坐标系和随船坐标系建立初始MMG拖轮操纵运动模型，基于所述初始MMG拖轮操纵运动模型确定初始MMG拖轮操纵运动模型的初始水动力系数；
[0009]建立物理拖轮模型，同时基于所述初始水动力系数和物理拖轮模型建立初始拖轮操纵运动仿真模型，基于所述物理拖轮模型和初始拖轮操纵运动仿真模型进行对比试验，根据所述对比试验的结果确定建模误差因素；
[0010]基于所述建模误差因素确定修正误差的目标水动力系数；
[0011]基于所述目标水动力系数和初始MMG拖轮操纵运动模型建立目标拖轮操纵运动模型。
[0012]在一些可能实现的方式中，所述建立固定于空间的大地坐标系和以拖轮中心为坐标原点的随船坐标系，包括：
[0013]建立固定于空间的大地坐标系O0‑
x0y0z
o
和以拖轮中心为坐标原点的随船坐标系O
‑
xyz；
[0014]其中，所述大地坐标系中O0‑
x0y0平面与静水面重合，O0z0轴竖直向下；
[0015]所述随船坐标系中Ox轴在拖轮的中纵剖面内，由船艉指向船艏，Oy轴在拖轮的中
横剖面内，由船舯指向右舷，Oz轴竖直向下。
[0016]在一些可能实现的方式中，所述基于所述大地坐标系和随船坐标系建立初始MMG拖轮操纵运动模型，基于所述初始MMG拖轮操纵运动模型确定初始MMG拖轮操纵运动模型的初始水动力系数，包括：
[0017]基于所述大地坐标系和随船坐标系建立三自由度拖轮操纵运动模型：
[0018][0019]基于所述三自由度拖轮操纵运动模型建立初始MMG拖轮操纵运动模型：
[0020][0021]基于所述初始MMG拖轮操纵运动模型确定船体上的初始水动力系数和螺旋桨上的初始水动力系数；
[0022]其中，X,Y,N分别为在x,y,z方向上作用于拖轮的水动力的分量，u,v,r分别为x,y,z的线速度，即纵向速度、横向速度以及艏摇角速度；分别是x,y,z方向的加速度；I
zz
是绕着z轴的转动惯量；式中下标I,H,P分别表示船体惯性力、粘性力以及螺旋桨上的水动力；X
I
、X
H
、X
P
、Y
I
、Y
H
、Y
P
为所述船体上的初始水动力系数，N
I
、N
H
、N
P
为所述螺旋桨上的初始水动力系数；所述船体上的初始水动力系数和螺旋桨上的初始水动力系数共同构成所述初始水动力系数。
[0023]在一些可能实现的方式中，所述基于所述物理拖轮模型和初始拖轮操纵运动仿真模型进行对比试验，根据所述对比试验的结果确定建模误差因素，包括：
[0024]基于所述物理拖轮模型进行模拟试验，记录模拟旋回运动轨迹及模拟参数，根据所述模拟试验结果计算得到模拟试验中船体上的水动力和力矩；
[0025]采用所述模拟试验中船体上的水动力和力矩，基于所述初始拖轮操纵运动仿真模型进行仿真试验，根据所述仿真试验结果计算得到拖轮的仿真旋回运动轨迹及仿真参数；
[0026]基于所述仿真旋回运动轨迹及仿真参数与模拟旋回运动轨迹及模拟参数的对比，确定仿真试验中拖轮横向速度、艏向角、以及旋回轨迹与模拟试验值的误差，根据所述误差确定所述建模误差因素。
[0027]在一些可能实现的方式中，所述建模误差因素为吊舱对拖轮转向性能的作用。
[0028]在一些可能实现的方式中，所述基于所述建模误差因素确定修正误差的目标水动力系数，包括：
[0029]基于所述吊舱对拖轮转向性能的作用确定吊舱产生的水动力和力矩：
[0030][0031]其中，X
Pod
、Y
Pod
、N
Pod
分别为在x,y,z方向上吊舱产生的水动力；F
N
是吊舱法向力；t
R
为推力减额系数；α
H
为吊舱力增额系数；x
P
为螺旋桨距离船中的纵向距离，x
H
为增加的吊舱力作用相对于船中的纵向位置；δ
s
为右舵舵角；δ
p
为左舵舵角；X
Pod
、Y
Pod
、N
Pod
共同构成所述目标水动力系数。
[0032]在一些可能实现的方式中，所述基于所述目标水动力系数和初始MMG拖轮操纵运动模型建立目标拖轮操纵运动模型，包括：
[0033]通过所述吊舱产生的水动力和力矩对所述初始MMG拖轮操纵运动模型进行修正，得到目标拖轮操纵运动模型：
[0034][0035]另一方面，本专利技术还提供了一种双全回转推进拖轮操纵运动建模系统，其特征在于，包括：
[0036]坐标建立模块，用于建立固定于空间的大地坐标系和以拖轮中心为坐标原点的随船坐标系；
[0037]初始参数模块，用于基于所述大地坐标系和随船坐标系建立初始MMG拖轮操纵运动模型，基于所述初始MMG拖轮操纵运动模型确定初始MMG拖轮操纵运动模型的初始水动力系数；
[0038]模型仿真模块，用于建立物理拖轮模型，同时基于所述初始水动力系数和物理拖轮模型建立初始拖轮操纵运动仿真模型，基于所述物理拖轮模型和初始拖轮操纵运动仿真模型进行对比试验，根据所述对比试验的结果确定建模误差因素；
[0039]误差计算模块，用于基于所述建模误差因素确定修正误差的目标水动力系数；
[0040]目标修正模块，基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双全回转推进拖轮操纵运动建模方法，其特征在于，包括：建立固定于空间的大地坐标系和以拖轮中心为坐标原点的随船坐标系；基于所述大地坐标系和随船坐标系建立初始MMG拖轮操纵运动模型，基于所述初始MMG拖轮操纵运动模型确定初始MMG拖轮操纵运动模型的初始水动力系数；建立物理拖轮模型，同时基于所述初始水动力系数和物理拖轮模型建立初始拖轮操纵运动仿真模型，基于所述物理拖轮模型和初始拖轮操纵运动仿真模型进行对比试验，根据所述对比试验的结果确定建模误差因素；基于所述建模误差因素确定修正误差的目标水动力系数；基于所述目标水动力系数和初始MMG拖轮操纵运动模型建立目标拖轮操纵运动模型。2.根据权利要求1所述的双全回转推进拖轮操纵运动建模方法，其特征在于，所述建立固定于空间的大地坐标系和以拖轮中心为坐标原点的随船坐标系，包括：建立固定于空间的大地坐标系O0‑
x0y0z
o
和以拖轮中心为坐标原点的随船坐标系O
‑
xyz；其中，所述大地坐标系中O0‑
x0y0平面与静水面重合，O0z0轴竖直向下；所述随船坐标系中Ox轴在拖轮的中纵剖面内，由船艉指向船艏，Oy轴在拖轮的中横剖面内，由船舯指向右舷，Oz轴竖直向下。3.根据权利要求2所述的双全回转推进拖轮操纵运动建模方法，其特征在于，所述基于所述大地坐标系和随船坐标系建立初始MMG拖轮操纵运动模型，基于所述初始MMG拖轮操纵运动模型确定初始MMG拖轮操纵运动模型的初始水动力系数，包括：基于所述大地坐标系和随船坐标系建立三自由度拖轮操纵运动模型：基于所述三自由度拖轮操纵运动模型建立初始MMG拖轮操纵运动模型：基于所述初始MMG拖轮操纵运动模型确定船体上的初始水动力系数和螺旋桨上的初始水动力系数；其中，X,Y,N分别为在x,y,z方向上作用于拖轮的水动力的分量，u,v,r分别为x,y,z的线速度，即纵向速度、横向速度以及艏摇角速度；分别是x,y,z方向的加速度；I
zz
是绕着z轴的转动惯量；式中下标I,H,P分别表示船体惯性力、粘性力以及螺旋桨上的水动力；X
I
、X
H
、X
P
、Y
I
、Y
H
、Y
P
为所述船体上的初始水动力系数，N
I
、N
H
、N
P
为所述螺旋桨上的初始水动力系数；所述船体上的初始水动力系数和螺旋桨上的初始水动力系数共同构成所述初始水动力系数。4.根据权利要求3所述的双全回转推进拖轮操纵运动建模方法，其特征在于，所述基于所述物理拖轮模型和初始拖轮操纵运动仿真模型进行对比试验，根据所述对比试验的结果确定建模误差因素，包括：基于所述物理拖轮模型进行模拟试验，记录模拟旋回运动轨迹及模拟参数，根据所述
模拟试验结果计算得到模拟试验中船体上的水动力和力矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳仑，张松，李诗杰，吴青，贺阳映，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：