船舶航向非线性控制的数学模型与分析

传统的船舶航向控制模型存在着航向控制精确度的缺陷,为此提出船舶航向非线性控制数学模型研究与分析。建立船舶航向分析坐标系对船舶航向参数进行确定,根据确定的参数建立船舶航向非线性运动数学模型,以上述模型为基础采用粒子群算法对船舶航向非线性控制程序进行编写与执行,实现了船舶航向非线性控制数学模型的建立。通过实验得到,建立的船舶航向非线性控制数学模型航向控制精确度比传统模型高出30.8%,说明建立的船舶航向非线性控制数学模型具备极高的有效性。     

内河航道船舶航行操纵平面二维数值模拟初步研究

船舶航行操纵数学模型包括水流数学模型和船舶航行数学模型,其中水流数学模型是船舶航行模拟的基础。基于船舶航行操纵数学模型的基本原理,研究开发了船舶航行操纵平面二维数学模型,其中水流数学模型采用贴体坐标系下的平面二维水流数学模型,采用有限体积法对水流基本控制方程进行了离散,在求解过程中采用了欠松弛技术和逐线迭代法,船舶航行数学模型采用比较流行的"组合型"水动力模型,并采用有限差分法离散求解船舶运动方程。根据实船或船模在静水条件及均匀流条件下的航行试验资料,对所建立的船舶航行操纵数模进行了验证和参数率定,结果表明该船舶数模能够正确模拟船舶的航行操纵性能。     

内河航运航迹数学模型分析与导航方法研究

内河航运是一种重要的船舶运输方式,船舶作为内河航运的载体,其运动控制直接影响着内河航运的效率。本文对某型内河航运船舶的运动与导航进行相关研究,以提高其航行稳定性。首先根据该型船舶的结构特点以及内河航运条件,建立其运动数学模型,并根据船舶航迹数学模型,进行船舶导航方法的研究。最后在Matlab环境下对航迹模型以及导航方法进行仿真计算。仿真结果表明,本文方法能够提升船舶的航行稳定性与安全性。     

船舶柴油动力系统的多工况数学建模研究

本文研究船舶柴油机动力系统,重点分析船舶柴油机的动力装置,给出船舶柴油发电机转速和输出功率之间的关系曲线,并构建出船舶柴油机推进负载,分析船舶螺旋桨转矩和转速之间的曲线关系;构建船舶柴油机动力系统多工况数学模型;对模型进行仿真,并对柴油机中的燃烧率、压强以及扭矩进行分析;构建的船舶柴油机动力系统多工况数学模型,对我国船舶柴油动力系统的快速发展具有借鉴作用。     

海浪载荷干扰下船舶发动机故障检测数学模型研究

针对传统船舶发动机故障检测数学模型故障检测速率较低的问题,提出一种海浪载荷干扰下船舶发动机故障检测数学模型,在海浪载荷干扰下对船舶发动机进行振动测量,提取船舶发动机的时域故障特征,通过测量获取船舶发动机转子系统的3阶、2阶、1阶临界转速以及轴向转子的固有频率,对船舶发动机的频域故障特征进行提取,利用获取的时域故障特征数据与频域故障特征数据建立船舶发动机的故障检测数学模型,实现船舶发动机的故障检测。为了验证建立的数学模型的故障检测速率较高,将该模型与基于线性分段方法的船舶发动机故障检测数学模型、基于异常检测算法的船舶发动机故障检测数学模型、基于异常子序列的船舶发动机故障检测数学模型进行对比实验,实验结果证明该模型的故障检测速率最高,说明该模型更适用于船舶发动机的故障检测。     

船舶自动智能避碰数学模型及其计算机仿真研究

船舶避碰系统是保障船舶安全运行的重要保障之一,其通过船舶携带的各类电子辅助设备对航行中的状态数据进行采集,在避碰系统中进行综合处理,将分析结果传输至船舶操控室。同时,随着航海航线船只密度的增加,发生碰撞概率急速增加,需要建立更为全面的数学模型对船舶的避碰过程及策略进行研究。本文构建船舶避碰中整个过程数学模型,结合船舶自动识别系统给出了基于遗传算法的自动化智能避碰策略,最后对算法进行仿真。     

船舶冰区航行动态建模

冰区航行船舶操纵仿真训练平台的建立,可完善现有航海操纵模拟器的操船训练功能。针对船舶冰区航行特点,运用微元法建立船舶冰区航行动态数学模型,并将该模型加载到航海操纵模拟器的平台开发中。利用微元法对船舶与冰层接触部分进行分析研究,得出船舶纵向、横向和垂向3个方向上冰层对船舶的冲击速度,从而得出船舶各个方向上受到冰块冲击力的大小,并将其加入到分离型船舶操纵运动数学模型中。通过对给定船型进行旋回仿真实验,实验结果表明本文建立的船舶冰区航行运动数学模型的误差在20%以内,可以应用于现有的航海操纵模拟器开发应用当中。     

电液自动舵受控对象数学建模及参数辨识

电液伺服舵机和船舶本身为船舶自动操纵控制系统中的被控对象.本文讨论电液伺服舵机的数学模型和船舶动态数学模型,并提出对这种数学模型参数进行辨识的工程实用方法,为采用伪微分反馈控制技术研制船舶自动操纵系统提供数学模型.     

船舶通信网络非线性流量预测的数学建模分析

为了提高船舶通信网络非线性流量预测的精度,设计一个船舶通信网络非线性流量预测数学模型。首先对船舶通信网络数据采集,然后对采集的数据进行预处理,最后应用神经网络算法建立船舶通信网络非线性流量预测模型,以此完成了船舶通信网络非线性流量预测。实验对比结果表明,此次研究的船舶通信网络非线性流量预测数学模型有效提高了流量预测的精准度,并减少了船舶通信网络非线性流量预测时间,具备一定的实际应用意义。     

大型集装箱船旋回性分析

为了深入研究大型集装箱船的旋回性能,分别运用整体型船舶运动数学模型和分离型船舶运动数学模型,对船舶的旋回性进行对比分析,通过对仿真结果的定性定量分析,比较不同模型的特点,运用精度较高的模型进一步研究风、流等外界因素对大型集装箱船操纵性的影响,对航海模拟器的研发具有重要意义。     

欠驱动船舶运动数学模型精度及应用问题分析

船舶运动数学模型是船舶运动控制研究领域的核心。模型的精确性对控制算法的验证有很大的影响。当船舶运动模型精确性较差时,设计算法在实船应用时会出现较大误差。目前有多种经典船舶运动数学模型被广泛使用。针对不同的研究问题,研究人员应该考虑选择的运动数学模型是否合适。因此,本文以大连海事大学"育鲲"轮为研究对象,分别建立了Nomoto模型、非线性响应性模型以及MMG模型以对比其精确度。另外,本文以上述模型为核心进行了Z型实验和旋回实验。通过与实船实验对比,本文建立的MMG模型精确度高达97%,可以作为船舶运动控制研究的标准模型。     

电液自动舵受控对象数学建模及参数辨识

电液伺服舵机和船舶本身为船舶自动操纵控制系统中的被控对象。本文讨论电液伺服舵机的数学模型和船舶运态数学模型，并提出对这种数学模型参数进行辨识的工程实用方法，为采用伪微分反馈控制技术研制船舶自动操纵系统提供数学模型。     

船舶电力调速系统暂态稳定性分析

暂态稳定性分析是船舶电力调速系统研究中的一个重要方向,为了使船舶电力调速系统的工作更加稳定和可靠,本文设计了基于神经网络的船舶电力调速系统暂态稳定性分析方法。首先对当前船舶电力调速系统暂态稳定性研究现状进行分析,并建立了船舶电力调速系统暂态稳定性分析的相关数学模型,然后采用神经网络对船舶电力调速系统暂态稳定性分析的数学模型进行求解,最后进行了船舶电力调速系统暂态稳定性的分析和测试,测试结果表明,本文方法可以描述船舶电力调速系统暂态稳定性的变化特点,获得了较高的船舶电力调速系统暂态稳定性分析精度,而且性能要优于其他船舶电力调速系统暂态稳定性分析方法,具有更加广泛的应用前景。     

基于三维解析法的船舶碰撞外部动力学研究

目前国际上船舶碰撞外部动力学的解析法研究均局限于船体碰撞运动的二维假设,忽略了可能存在的大幅横摇。依据文献[1]给出的二维船舶碰撞数学模型,建立了包括横移、纵移、首摇和横摇在内的三维船舶碰撞数学模型,并编制程序对文献[2]中的算例进行计算,计算结果表明船舶横摇运动在大多数船舶碰撞情况下是不可忽略的。     

船舶动态预测算法研究与仿真

针对预测船舶在波浪中的运动情况这一问题进行研究。首先,研究大型船舶在波浪中的运动特点,描述了船舶在水中的运动坐标系,并分析船舶在2种坐标系下的多种运动;然后,在此基础上对船舶运动的数学模型进行研究;对于船舶的动态预测,研究基于卡尔曼滤波理论进行预测的算法。最后,针对给定的某型船只的具体参数,在给定海情下进行船舶动态预测仿真,并对仿真结果进行分析。通过预测仿真实现,能够更好地预知船舶在波浪中的动态,及时调整船舶姿态,有效保证船舶安全运行。     

基于损失函数法的船舶操纵水动力导数灵敏度分析

船舶操纵水动力导数的灵敏度分析是简化和重建船舶操纵运动数学模型的主要手段。本文使用平方损失函数方法对船舶操纵水动力导数进行灵敏度分析,并基于灵敏度分析结果对Mariner船的操纵运动数学模型进行简化。通过基于简化模型和原始数学模型的操纵运动仿真对比,验证了基于损失函数法的船舶操纵水动力导数灵敏度分析方法的有效性。     

POD推进方式的大型船舶运动模型仿真

以改进吊舱推进方式的船舶操纵性能为目的,基于MMG分离建模思想,依据船舶运动的状态建立基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型。然后将模型进行仿真,通过接收信息来控制船桨的转速及旋转的角度,再对船舶的操纵性能分别进行回转操纵运动仿真和Z形操纵运动仿真,软件仿真得到的数据和实船测试得到的数据相似。表明所构建的基于吊舱推进方式的船舶运动数学模型能够较准确地反映出船舶操纵的运动状态,对基于POD推进方式的船舶运动研究有较深远意义。     

船舶运动干扰力和力矩数学模型

为了准确计算船舶运动参数,以提高航海模拟器的模拟精度,本文基于欧拉理论建立船舶运动干扰力和力矩数学模型,考虑了水流压力、水力矩、风压力、风力矩、螺旋桨推力、螺旋桨力矩等力学参数对船身运动的影响。以某试验船为实例进行计算研究。结果表明,本文建立的数学模型与相关文献计算结果较为一致,本文建立的船舶运动干扰力和力矩数学模型具有较好的准确性。     

周期性载荷作用下船舶推进轴系运行状态的数值仿真

针对船舶推进轴系运行状态描述、规律分析等问题,首先通过理论分析及推导方法,建立周期性载荷作用下船舶推进轴系运行数学模型,再以某64 000吨散货船为研究对象进行数值模拟仿真计算,利用仿真计算结果和实船测试数据进行对比分析,对船舶推进轴系动态运行状态、特征及其规律进行讨论与分析,验证了周期性载荷作用下船舶推进轴系运行数学模型的准确性。     

内河航道船舶航行操纵平面二维数值模拟在复杂流态下的应用

基于平面二维水流数学模型和船舶航行操纵数学模型的基本原理,开发了适合内河航道的曲线拟合坐标系下的船舶航行操纵平面二维数学模型,其中水流数学模型采用贴体坐标系下的平面二维水流数学模型,船舶航行操纵数学模型采用比较流行的"组合型"水动力模型。在实船和船模在静水条件及均匀流条件下的航行试验验证的基础上,通过复杂流态河段船舶航行操纵数值模拟的研究,表明该船舶数模基本能够模拟船舶在复杂流态下的航行操纵情况。