船舶縱搖短期預(yù)報之主機轉(zhuǎn)速控制策略概述

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1、船舶縱搖短期預(yù)報之主機轉(zhuǎn)速控制策略概述第1章緒論1.1課題研究的目的和意義船舶在復(fù)雜海況下航行時，受到海浪的影響會產(chǎn)生六個自由度的運動，橫搖(roll)、縱搖(pitch)、艏搖(yaan算法，但Kalrnan算法是從總體平均導(dǎo)出的在均方上的最優(yōu)濾波器，而RLS算法得到的數(shù)據(jù)自適應(yīng)濾波器是對于每一組輸入的數(shù)據(jù)得出的。由上節(jié)內(nèi)容可將模型的參數(shù)估計出來，但是還不能進(jìn)行預(yù)報。因為對于一組數(shù)據(jù)來說，它本身的階數(shù)是固定的。只有選擇到合適的階數(shù)，才能準(zhǔn)確的對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)報，所以確定模型階數(shù)是建模中十分重要的一環(huán)。當(dāng)且僅當(dāng)模型的參數(shù)以及模型階數(shù)都確定下來，

2、才可以說對數(shù)據(jù)進(jìn)行了一個完整建模。..2.2海浪模型船舶都是在極不規(guī)則的隨機海浪環(huán)境下航行的，所以為了建立船舶在海上運動的數(shù)學(xué)模型，首先需要研究隨機海浪的運動情況。海浪是十分不規(guī)則、十分復(fù)雜的，具有很強隨機性，本質(zhì)還是非線性的。所以，想準(zhǔn)確的把握海浪模型非常的困難。上世紀(jì)中葉，海洋動力學(xué)家Neummn及Pierson等人提出了釆用隨機過程理論來分析海浪的方法，即現(xiàn)在所說的譜分析法。從大量觀察結(jié)果中得到，海浪屬于狹帶譜的正態(tài)隨機過程，其幅值服從雷利分布。理論分析可知，對船舶縱搖運動起主要作用的是長峰波，所以在海浪建模的時候主要對長峰波進(jìn)行建模

3、[41]。在本章的三個部分中主要討論了AR模型理論的原理以及海浪模型和縱搖模型的特點，還有就是將AR模型法應(yīng)用到了船舶縱搖短期預(yù)報中。在AR模型這塊著重討論了自回歸預(yù)報中RLS算法的理論基礎(chǔ)及實現(xiàn)過程，證明RLS算法相對于其他自回歸預(yù)報方法具有運算簡單，運算結(jié)果精度相對較高的特點。討論了RLS算法實現(xiàn)過程中模型階數(shù)的選擇，著重討論了AIC準(zhǔn)則及BIC準(zhǔn)則實現(xiàn)過程，并相對于船舶運動信號預(yù)報過程的特點，最終選擇AIC準(zhǔn)則作為預(yù)報過程中模型階數(shù)選擇的準(zhǔn)則。通過對船舶縱搖模型的分析，找到了運用AR模型預(yù)報縱搖運動的方法，通過MATLAB仿真的方法得

4、到了海浪、縱搖的仿真曲線，經(jīng)過分析，滿足相應(yīng)的特點；再通過MATLAB進(jìn)行AR法預(yù)報縱搖運動的仿真，通過曲線的分析，驗證了預(yù)報方法的正確性。.第3章船舶主機的建模.......343.1柴油機模型.......343.2點火延遲.......363.3主機轉(zhuǎn)速控制.......383.4本章小結(jié).......39第4章基于縱搖短期預(yù)報的主機轉(zhuǎn)速控制.......404.1出現(xiàn)飛車的縱搖危險角度計算.......404.1.1船舶重心的確定.......404.1.2螺旋槳飛車時縱搖角的求解.......434.2執(zhí)行器數(shù)學(xué)模型.......

5、444.3船舶主機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的設(shè)計.......454.3.1P1D控制器的原理與算法.......464.3.2基于縱搖短期預(yù)報的主機轉(zhuǎn)速控制方法的研究.......464.4本章小結(jié).......53第4章基于縱搖短期預(yù)報的主機轉(zhuǎn)速控制4.1出現(xiàn)飛車的縱搖危險角度計算本章主要進(jìn)行了基于船舶縱搖短期預(yù)報的主機轉(zhuǎn)速控制方法研究，控制方法主要是基于PID控制方法，在PID控制方法的基礎(chǔ)上加入船舶縱搖短期預(yù)報的應(yīng)用，即利用縱搖對船舶的影響，形成一個超前控制量，對主機進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。通過仿真研究，證明此種控制方法的有效性。通過仿真得基于船舶縱搖短

6、期預(yù)報的主機轉(zhuǎn)速曲線，從圖4.11中可以看到，當(dāng)主機轉(zhuǎn)速在縱搖的預(yù)報值超過設(shè)定值時在幾秒內(nèi)降低到了安全的轉(zhuǎn)速，當(dāng)縱搖角的預(yù)報值小于設(shè)定值后，又慢慢恢復(fù)到正常的轉(zhuǎn)速。從此仿真曲線可以證明基于船舶縱搖短期預(yù)報的主機轉(zhuǎn)速控制方法是能夠有效對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的，并可以應(yīng)對由船舶縱搖引起的主機飛車狀況。.結(jié)論船舶在波浪中航行時的運動由于受到海風(fēng)、海浪以及其他因素的影響，會產(chǎn)生六個自由度的運動，具有很強的非線性和隨機性，這就導(dǎo)致了對船舶姿態(tài)預(yù)報與船舶減搖控制都具有相當(dāng)?shù)睦щy，由于現(xiàn)在水平有限，不能做到減搖設(shè)備的設(shè)計，所以選擇了保護主機的做法，對縱搖預(yù)報進(jìn)行

7、應(yīng)用。本文工作和主要結(jié)論如下：1.通過對船舶縱搖模型的研究，得到了船舶縱搖模型與海浪波傾角的關(guān)系，對海浪建模后便得到了想要的縱搖模型，得到了想要的縱傾角。通過Matlab仿真得出相應(yīng)的曲線，得到的曲線符合實際的特性，并且能夠反映一定的特點，驗證了海浪模型和縱搖模型的正確性。2.研究預(yù)報方法，通過對一些預(yù)報方法的研究，發(fā)現(xiàn)相對簡單的自回歸模型法（AR法）完全能夠滿足對船舶縱搖短期預(yù)報的要求，所以選擇了AR法作為預(yù)報的方法。通過對AR法的研究，實現(xiàn)了用AR法對船舶縱搖的預(yù)報研究，得到的曲線滿足預(yù)報的要求，也驗證了預(yù)報方法的正確性。