基于神经网络的舰船运动模型辨识

通过神经网络对线性水动力系数、弱非线性水动力系数和强非线性水动力系数进行了研究,利用免疫模糊遗传算法对各神经网络辨识器进行优化,以确定舰船运动的待识别系数,并且进行了10°/10°Z形操舵运动、30°回转操舵运动和35°回转操舵运动辨识的仿真。结果表明:利用辨识所得的各种典型操舵运动曲线与利用原参数所得结果符合良好。     

舰船在静水中非线性横摇的解析方法

在全面考虑舰船非线性横摇因素的基础上,建立舰船非线性横摇运动的数学模型.再运用非线性振动理论中的多尺度分析法,推导出非线性横摇运动的解析解.最后通过船模试验对建立的数学模型进行参数辨别,并验证推导所得的解析解.     

实船操舵运动模型参数估计

本文主要研究系统辨识技术在建立实船操舵运动模型中的应用。本文提出的一阶和二阶的K-T方程参数的方法简单易行。     

磁流变阻尼器双曲正切模型参数辨识方法

针对试验数据条件下如何高效精确地识别磁流变阻尼器动力学模型参数这一问题,从双曲正切模型出发,在磁流变阻尼器力学特性试验的基础上,提出遗传算法与非线性最小二乘算法结合的方法进行参数识别,并利用Simulink工具箱进行数值仿真验证。结果表明:遗传算法与最小二乘算法结合的方法识别精度高、速度快,其拟合的结果和辨识的模型均能满足要求。     

基于灰色预测的潜艇垂直面运动控制

由于潜艇运动具有大惯性、大时延和非线性等特点,在外界干扰下,传统的PID控制器不能及时进行参数调整,将出现无效操舵、操舵幅度过大等现象。本文根据潜艇垂直面运动特点,设计一种基于灰色预测模型的潜艇垂直面运动控制器,采用灰色模型对潜艇深度和纵倾偏差进行实时预测,并将预测值应用于改进的PID控制器。仿真结果表明,该控制器比传统的PID控制器具有更好的动态特性,并能有效地减少无效操舵和操舵幅度过大等现象。     

三维随机粗糙海面的Monte-Carlo仿真

通过随机粗糙海面的P-M谱密度函数,建立基于Monte-Carlo方法的三维随机粗糙海面模拟模型,并得到随机粗糙海面的均方根高度和相关长度的解析解。利用数值模拟方法产生随机粗糙表面的高度起伏,数值模拟了不同参数下的三维随机粗糙海面。理论分析和仿真结果表明,海面高度起伏随风速增大而增加,与实际情况一致。     

窄带非线性海洋波的Stokes波模型

本文研究了非线性海洋波的统计预报问题。在窄带假定下，得到三阶非线性波峰谷概率密度函数，探讨了不同Stokes波模型的影响。导出了一个简捷的三阶非线性最大1/n峰值平均统计值的解析表达式。发现非线性波最大1/n平均不但依赖于一阶波幅的均方差，而且还依赖于一阶有义波倾系数。文中提供了与线性波结果比较的算例，并与模拟统计样本作了比较，结果表明本文提供的方法具有一定的工程准确性。     

船舶回转运动仿真

针对船舶驾驶模拟器模拟的逼真度要求,研究船舶对操舵后的动态响应。建立了风、流共同作用下船舶操纵系统的动力学数学模型,该数学模型为动态响应线性型;利用已知的某船型的主机参数和船形尺寸参数,求出所需的相关量,建立船舶运动仿真模型并进行相关试验的仿真。模拟了船舶回转性的试验和风、流共同作用下对船舶操纵性能的影响试验,使船舶操作者进一步了解船舶回转性的特性以及风、流对于船舶航迹的影响。将该模型与船舶驾驶模拟器结合,用于驾驶模拟器模拟船舶操舵后的视觉仿真,使使用者感觉其操纵特性更加逼真。     

船舶非线性横摇的精确模型

本文以Taylor级数展开法表示横摇非线性模型的一般表达式,采用一阶谐波平衡法求其定常周期解,对运动稳定性,跳跃现象及最大摇幅特性进行了分析计算。 本文依据横摇力矩激振装置进行的船模激振横摇试验结果,提出了一套较完整的横摇非线性模型的辨识技术。实例表明横摇非线性模型的辨识效果圆满且可靠。 本文还对非线性横摇的分支跳跃现象可能造成的船舶倾覆机理作了初步探讨。     

考虑流固耦合的多分支管道系统振动研究

利用拉普拉斯变换,把时域14方程模型变换到频域,并化多元一阶常微分方程为一元高阶方程,对其求解,得到直管的频域解析解。然后把任一管段的初始坐标值和末端坐标值代入直管的频域解析解,得到单管的传递矩阵,结合分支点的平衡条件,便可以推导出任意N个分支管的传递矩阵。增加7(N+2)个分支管的边界条件,求解得出任意N分支管路的频域解。最后,进行仿真计算,利用英国Dundee大学Tijsseling教授的实验结果以及ANSYS仿真计算对结果进行验证,验证了文中方法的正确性;并例举了不同分支数目以及不同分支位置管路的仿真计算结果,同时对仿真结果进行了分析。     

路基稳定性分析中圆弧滑面几何参数求解方法的改进

文献[1]采用解析几何方法推导出圆弧法滑弧几何参数的解析解公式,并得出了较好的结果。但文献[1]的解析解是以36°法为基础。实际边坡稳定性验算中,4．5H法在重要边坡中使用更多,精度也更好。本文参照文献[1]的求解方法,以4．5H法为基础重新推导出圆弧法滑面几何参数的解析解。多种算法算例对比表明,改进算法的计算结果更为合理。     

基于渐进法的船舶横摇非线性阻尼系数识别

阻尼对于海浪中船舶的横摇运动响应预报至关重要。本文基于渐进法,利用自由横摇衰减数据,提出了一种适用于船舶大幅横摇运动的非线性阻尼系数识别方法。非线性阻尼选用线性加二阶模型,非线性回复力矩可以是任意形式的奇函数。通过数值方法模拟生成自由横摇衰减曲线,采用本文方法识别阻尼系数,验证方法的有效性。开展不同横摇角幅值下的参数研究,将不同船舶横摇方程的阻尼系数识别结果与其他方法的估算结果进行对比分析,验证了本文方法的高精度。最后,将本文方法应用于船舶自由横摇衰减实测数据,识别其非线性阻尼系数,数值模拟结果与试验数据一致性较好。研究表明该方法精度高,易操作,适用于大角度横摇和强非线性回复力矩条件下非线性阻尼系数的识别。     

渔船非线性横摇理论研究分析

为讨论船舶在波浪中的非线性横摇,应用非线性动力学的方法对现象进行理论分析,得到主共振情况下船舶运动稳态响应的解析解,并对实船进行稳定性分析。通过不同波浪条件下船舶非线性横摇运动的模拟计算,预报船舶在横浪中的横摇运动,预报结果与试验结果比较一致。     

最佳自动操舵装置

本文叙述最近由日本钢管系统技术研究所与横河北辰电机公司合作研制的最佳自动操舵控制系统. 本系统的目的是在各种操纵和环境条件下使船舶自动驾驶仪保持航向和改变航向的能力达到最佳. 保持航向和改变航向的控制系统显然不同: (1)保持航向控制为了使操舵引起的推进损失最小,采用了根据希尔-克林宾(Hill-Climbing)方法编制的在线参数最佳程序. (2)改变航向控制为了改善航向改变时的瞬变特性,采用了模型靠准最佳控制(MRAC),使之能通过基准模型给出所需特性. 已采用本系统进行了全面的海上性能试验.结果表明,在经济操舵和改善机动性方面都有很大优点.     

基于NExT/ERA方法环境激励下的船体结构模型总体模态参数识别

运行模态识别是一种仅仅根据环境激励下的结构振动响应来提取结构模态参数的方法,此方法一般基于环境激励为白噪声的假设。文章讨论了NExT/ERA方法在船体结构总体模态识别中的可行性,并采用了自然激励技术与特征系统实现算法相结合的方法,识别了船体模型的总体模态参数。文中还讨论了NExT/ERA方法的基本理论及计算流程,并引入了奇异值分解图和稳定图相结合的方法更好地确定系统的阶次;最后,用NExT/ERA算法有效地识别了简支梁模型和船体模型的模态参数。     

复合材料杆件模态参数的识别研究

基于杆件纵向振动理论,推导了复合材料杆试件的机械阻抗解析公式,并用瑞利法计算了无阻尼离散系统的模态质量和基频.在机械阻抗平台上,采用单点激振法进行实验,得到频域内复合材料杆件的机械阻抗数据.用实验方法、解析方法和混合方法进行了模态参数的初步识别.然后,用非线性最小二乘方法中的Levenberg-Marquardt算法求得了模态参数的最优值.研究结果显示:采用优化参数的单自由度离散系统模型与实验结果吻合良好,在实验频段可以较好地描述复合材料试件的动力学特性.     

基于蝗虫优化算法的大型运输船舶自适应控制北大核心CSCD

[目的]海上航行环境随机复杂多变,而智能自主航行是大型远洋运输船舶发展的重要趋势,为此,提出一种新的自适应控制方法。[方法]首先,基于蝗虫优化算法(GOA),将线性二次型调节器(LQR)控制方法与一阶动态积分滑模控制方法相融合;然后,结合实时监测波浪干扰力的非线性无源估计器,将船舶高、低频运动信号进行分离;最后,与LQR控制方法和一阶动态积分滑模控制方法进行仿真对比。[结果]结果显示,新的控制方法具有更好的瞬态和稳态跟踪性能,在不同的海况下能够克服随机波浪的影响,具有较强的鲁棒性。[结论]新的控制方法具有复杂环境下的自适应调节能力,且控制响应快、精度高、无效操舵少,能极大地提高大型运输船舶的航行效率、安全性和稳定性。     

舰载捷联惯导姿态更新算法研究

针对舰艇、轮船等经常处于低频圆锥运动、角机动等恶劣工作环境,传统姿态更新的误差补偿方法在多子样更新中补偿效果较差的问题,提出了一种改进方法。通过建立角增量的2N-2阶近似模型并利用其各阶导数之间的解析关系,实现了对等效旋转矢量的进一步修正。使用参数解析法与改进算法分别推导研究了四子样情况下的优化结果,并分析研究了改进算法在四子样以上情况下的适用性。研究表明,与参数解析法相比,改进算法可以在四子样及四子样以上的情况下简单直观地得到更加精准的优化系数,且与四子样参数解析法相比,其误差缩小了2个数量级,同时也比五子样参数解析法更精确。     

磁流变阻尼器双曲正切模型参数辨识方法

只有实验数据条件下,如何高效精确地识别磁流变阻尼器动力学模型参数,是一个亟待解决的问题。针对该问题,本文从双曲正切模型出发,在磁流变阻尼器力学特性实验的基础上,提出遗传算法与非线性最小二乘算法结合的方法进行参数识别,并利用simulink工具箱进行数值仿真验证。结果表明：遗传算法与最小二乘算法结合的方法识别精度高,速度快,拟合的结果和辨识的模型均能满足要求。     

浮式平台水动力参数识别方法

以深水半潜平台为研究对象,计算不同周期下的纵荡、垂荡、横摇3个振荡模态深水半潜平台的附加质量和阻尼系数,并与势流方法结果进行对比。利用1阶方法,只考虑线性1阶线性阻尼在运动中的影响,此外,还采用神经网络建模训练获得了水动力参数模型,对平台附加质量、1阶阻尼系数、2阶阻尼系数进行计算。研究结果表明,在附加质量和阻尼系数预报方面,传统势流方法与试验识别结果较为接近,可以利用神经网络计算提高水动力问题求解效率,为解决传统计算难题带来了新思路。