基于支持向量机的水下航行器操纵运动在线建模

本文对水下航行器的操纵运动在线建模进行研究。使用增量式最小二乘法辨识得到了 MARIUS AUV的水动力导数。为了提高辨识精度,使用积分型辨识样本结构进行输入输出样本对的构造。基于约束模试验获取的水动力导数,进行操纵运动仿真,得到纵向速度、横向速度、摇首角速度和舵角等样本参数。通过试验水动力导数和辨识得到的水动力导数对比,表明辨识算法的有效性。该研究对水下航行器操纵运动的在线建模和控制应用具有重要意义。     

基于支持向量机的水下航行器操纵运动在线建模

本文对水下航行器的操纵运动在线建模进行研究。使用增量式最小二乘法辨识得到了MARIUS AUV的水动力导数。为了提高辨识精度,使用积分型辨识样本结构进行输入输出样本对的构造。基于约束模试验获取的水动力导数,进行操纵运动仿真,得到纵向速度、横向速度、摇首角速度和舵角等样本参数。通过试验水动力导数和辨识得到的水动力导数对比,表明辨识算法的有效性。该研究对水下航行器操纵运动的在线建模和控制应用具有重要意义。     

水下航行体空间操纵性预报研究

通过建立水下航行体空间的操纵运动数学模型,运用Visual C++设计开发水下航行体操纵运动预报系统,对水下航行体水平面、垂直面及空间典型操纵运动进行数值预报,数值模拟结果合理,能够较为全面地预报水下航行体的空间操纵运动。     

水下航行器操纵水动力导数的灵敏度分析

基于直接方法对水下航行器NPS II操纵运动数学模型中所包含的水动力导数进行了灵敏度分析。根据计算得到的水动力导数的总体灵敏度度值和定义的取舍函数,对数学模型进行了简化。然后分别基于简化模型和原始模型进行了操纵运动仿真,仿真结果的对比表明简化结果是有效的,也表明使用直接方法进行水下航行器操纵水动力导数的灵敏度分析是可行的。     

喷水推进船的操纵性预报及运动仿真

根据船舶的船型特点和航行状态，采用日本操纵运动数学模型小组(MMG)提出的非线性数学模型来模拟喷水推进船的操纵运动。为获得操纵运动参数，选用四阶定步长龙格．库塔法来求解该数学模型，并将理论计算结果与实船试验结果进行了比较，说明用该方法来预报喷水推进船的操纵性能是可靠的。最后，在Visual C 平台上结合OpenGL图形接口技术，进行舰艇的运动仿真，其仿真结果比较可靠，具有重要的参考价值。     

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。     

水下航行体近海底运动操纵性研究

针对水下航行体近海底航行时的特点，首先建立了水下航行体的操纵运动数学模型，分别从水平面和垂直面两方面来考虑近海底对操纵运动水动力的影响，进而数值模拟和分析了水下航行体在近海底运动时的操纵性能变化规律，计算结果表明近海底航行使得其机动性减弱而运动稳定性增强。     

UUV操纵性能综合优化模型研究

操纵性能是无人潜器（UUV）航行的重要性能之一,其优劣直接影响到UUV的航行安全和稳定性,UUV操纵性能评判和优化是UUV优化设计的重要组成部分.基于AUTOSUB型无人潜器的设计模型,在充分分析艇体操纵性能的基础上,重点研究UUV水平运动和垂直运动性能,提出了较为完备的UUV操纵性能优化数学模型.采用模糊评判方法构造操纵性系统总目标函数,利用专家咨询法确定了各子系统的权重;通过大量艇体操纵性能数据对各个性能指标进行统计分析,选择模糊数学中对应的隶属度函数进行拟合,确定相应隶属度函数参数;利用禁忌搜索算法对遗传算法的改进而得到的遗传禁忌搜索算法（GA-TS）,由并行和分层策略改进遗传算法得到的并行遗传算法（PGA）以及遗传二次载波算法（LGA）,将数学模型与这3种算法集成,利用C＋＋语言编写了UUV操纵性能优化软件.通过对总系统优化得到的遗传禁忌搜索算法寻优能力最强,利用该算法研究水平面运动和垂直面运动2个子系统,得到各个性能指标权重对系统目标函数影响程度的排序,同时分别得到-组最佳性能的权重分配.     

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。     

计及陀螺效应的潜艇动力学仿真实现方法

对于装有旋转装置的水下航行体(如潜艇)而言,旋转体的陀螺效应会影响其运动与操纵性,因此有必要对其进行定量分析.本文基于Matlab研究包含陀螺力的潜艇六自由度数学模型仿真方法,采用龙格库塔法将包含陀螺力的潜艇六自由度数学模型转化为仿真模型,编制了数值仿真程序,并实现了仿真结果的数据可视化,从而为研究在考虑陀螺效应情况下的潜艇运动与操纵特性奠定了基础.     

船舶操纵非线性KT方程参数的辨识

利用差分进化法对一阶和二阶非线性船舶操纵KT方程中的参数进行辨识,采用积分的方法处理试验数据以获得辨识所需的样本,将辨识结果与前人的方法进行比较,证明该方法能有效提高辨识精度.另外,辨识过程采用平行处理法代替分步辨识法,解决了辨识中的参数相消现象,同时也简化了辨识流程.     

基于LS-SVM的船舶操纵运动在线建模

基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)和积分型辨识样本结构开展了船舶操纵运动的在线建模.以整体型Abkow-itz模型为辨识对象,大阪号油轮作为具体研究对象.在操纵运动仿真时,采用40个粘性类水动力导数的Abkowitz模型,但是在参数辨识时,采用了仅具有20个粘性类水动力导数的简化模型.为了对建模方法的有效性进行检验,将辨识得到的水动力导数与其原始值进行了比较,同时也针对辨识模型和原始模型的操纵运动仿真进行了比较.辨识结果表明,使用简化模型进行船舶操纵运动的在线建模是合适的,具有较好的预报效果和较高的精度.     

应用支持向量机的船舶操纵运动响应模型辨识

建模是评估船舶操纵性和可控性的重要前提.基于自由自航船模试验的系统辨识方法是求取船舶操纵运动数学模型中的水动力系数的有效手段之一.文中提出了一种使用支持向量回归估计的船舶操纵运动响应模型辨识方法,该方法通过训练自由自航试验数据样本得到参数回归模型.辨识和仿真结果验证了文中所提出的方法的有效性.     

机动航态下水中航行器边界层特征参数计算建模研究

文章基于边界层积分求解理论,进行了机动航态下水中航行器厚边界层计算建模,发展了求解动量积分方程组的数值计算方法。编写了相关计算程序。针对SUBOFF潜艇,利用编写的程序,计算得到了边界层特征参数沿艇体分布的曲线,分析研究了机动航态下边界层特征参数变化规律。结果表明,编制的计算程序可用于机动航态下水中航行器边界层特征参数计算分析,为水中航行器水动力性能评估提供技术支持。     

水下航行体水动力参数智能辨识方法研究

通过水下航行体的状态方程和试验观测方程,利用智能辨识技术对水下航行体的模拟运动数据进行了仿真辨识,求得了10个水动力参数.结果表明,智能算法简单有效,对目标函数没有可微性和连续性要求,避免了复杂的梯度矩阵计算,适合在复杂的非线性水动力系统辨识中应用.     

基于支持向量机的船舶操纵运动在线建模

支持向量机算法以结构风险最小化为准则,具有良好的泛化性,是一种先进的人工智能算法。文章根据最小二乘支持向量机对其增量式算法进行推导,并应用该算法对船舶操纵运动进行在线建模。通过仿真试验对粘性力和舵力水动力导数进行在线辨识,通过自航模试验对操纵性K、T指数进行在线辨识,并利用K、T指数对自航模的转首角速度进行了预报,所得结果都同试验值非常接近,证明了增量式最小二乘支持向量机应用于船舶操纵运动在线建模的有效性。     

Finite-volume simulation of flows about a ship in maneuvering motion

A finite-volume method of computing the viscous flow field about a ship in maneuvering motion was developed. The time-dependent Navier-Stokes equation discretized in the generalized boundary-fitted curvilinear coordinate system is solved numerically. A third-order upwind differencing scheme, a marker and cell (MAC)-type explicit time marching solution algorithm and a simplified subgrid scale (SGS) turbulence model are adopted. The simulation method is formulated, including the movement of a computational grid fitted to the body boundary that allows computation of the flow field around a body under unsteady motion. To estimate the maneuvering ability of a ship, the accurate prediction of the hydrodynamic forces and moments of the hull is important. Therefore, experimental methods of finding the hydrodynamic forces of a ship in maneuvering motion, such as the oblique towing test, the circular motion test (CMT) and planar motion mechanism (PMM) test, were established. Numerical simulation methods for those captive model experiments were developed introducing computational fluid dynamics (CFD). First, numerical methods for steady oblique tow and steady turn simulation were developed and then extended to unsteady forced motion. Simulations were conducted about several realistic hulls, and the results were verified by comparisons with measured results obtained in model experiments. Hydrodynamic forces and the moment, the longitudinal distribution of the hydrodynamic lateral force, and the pressure distribution on the hull surface showed good agreement.     

越南沿海海港工程部分水域平面尺度优化

基于越南电力中心沿海海港工程,阐述了水深不能满足要求的项目的水域平面尺度设计方法。除根据各国标准规范及设计者的经验判断来决定外,结合船舶操纵模拟试验验证并优化设计方案,更能保证船舶在港内操纵航行的可行性、安全性和经济性。同时分析了模型试验存在的局限性,提醒设计者需要在建模和操纵等环节尽量减少模拟和实际情况的误差,保证试验准确可靠。相关设计方法与思路可为类似港口水域平面设计提供参考。     

Modeling of ship maneuvering motion using neural networks

In this paper, Neural Networks (NNs) are used in the modeling of ship maneuvering motion. A nonlinear response model and a linear hydrodynamic model of ship maneuvering motion are also investigated. The maneuverability indices and linear non-dimensional hydrodynamic derivatives in the models are identified by using two-layer feed forward NNs. The stability of parametric estimation is confirmed. Then, the ship maneuvering motion is predicted based on the obtained models. A comparison between the predicted results and the model test results demonstrates the validity of the proposed modeling method.     

船舶在波浪中操纵运动的模型试验研究

介绍了船舶在波浪中的操纵运动船模试验的模型、方法、内容和结果,并对试验结果进行比较,据此初步分析了波浪对船舶操纵性能的影响。