侧推器协助船舶靠离泊操纵的数学模型

给出一种港内运用侧推器协助靠离泊操纵的数学模型.模型吸取日本MMG分离建模的思想,以船、桨、舵单独性能为基础,并考虑其各部分之间的相互干涉,同时考虑到靠离泊的船舶运动为低速、大漂角的特点,对作用于船体上流体力及桨、舵力都提出了相应的算法,将侧推器数学模型应用到该模型中,并运用MATLAB语言以某集装箱船为例进行了模拟仿真.经有关船长验证,仿真计算结果基本满足工程要求,可为完善船舶操纵模拟器提供一定的理论基础.     

可调螺距螺旋桨船舶的操纵运动数学模型

为利用模拟器对可调螺距螺旋桨(CPP)船舶操纵运动进行仿真,应用船舶操纵性分离建模理论,基于荷兰船模试验水池B系列螺旋桨的敞水试验结果,利用Akima插值获得了不同类型的CPP在不同螺距比时的四象限推力系数和扭矩系数,求得CPP的推力和扭矩,建立了CPP船舶的平面运动数学模型.模型充分考虑了风、流对船舶操纵的影响,并可适用于CPP船舶常速域和低速域的操纵运动仿真.仿真结果与实船试验结果吻合较好,能够满足大型船舶操纵模拟器对船舶运动数学模型仿真精度的要求.     

船舶操纵运动数学模型预报精度的研究

借助实船操纵性试验数据库，对船舶操纵数学模型进行了一的仿真比较研究，发现纵向阻尼水动力导数Ｘｒｒ，直航时舵处伴流系数ωＲ０，舵处整流系数γ的对预精度有很大的影响，因此利用实船操纵性试验结果，并以单纯形法对上述三个参数进行寻优，从而提高了仿真预报的精度。     

液化天然气船浅水操舵的响应特性

通过仿真计算,研究了液化天然气（ＬＮＧ）船模在浅水中操舵的运动响应特性,得出了各种舵角下,定常回转直径船长比及１０°／１０°Ｚ形机动的应舵指数Ｔ′、转首指数Ｐ随水深吃水比的变化规律．计算中采用船速修正因子Ｋｖ及舵效修正因子Ｋｒ两项综合性的浅水修正．计算结果与有限的三种水深吃水比的自由自航船模操纵性试验结果相当吻合．     

波浪中船舶操纵横摇预报及舵效影响分析

随着我国社会主义现代化建设的不断发展,我国的海洋船舶运输技术得到了前所未有的发展。波浪中船舶操纵横摇预报直接影响着船舶运输的有效开展。该研究将在经典MMG模型的基础上,建立集操纵性、横摇四自由度耦合模型,并在该模型叠加波浪力方式下,对S175自航船模进行操作性、横摇预报,对自航模试验做出验证,模拟了波浪中船舶不同舵速、浪向角下的运动状态,探究了波浪中船舶操纵横摇预报及舵效影响,为相关行业提供一个参考与借鉴。     

船间效应影响下的船舶操纵运动仿真

为更好地研究船间效应影响下的船舶操纵运动问题,采用MMG建模思想,将船间效应力及力矩的通用公式叠加到操纵运动方程中.在此基础上,结合PD航向控制和欠驱动航迹控制算法,研究发生船间效应时舵对船舶的控制问题,并应用Matlab进行仿真.结果表明,一定条件下,船间效应对船舶运动的影响可用舵进行控制.     

船舶横向力与舵力对船舶操纵性的综合影响

通过对单桨单舵船系泊正车时的舵力、螺旋桨推力的估算与此时船舶横向力实验结果的对比分析，对舵力与船舶横向力进行量级分析，同时对系泊倒车时的舵力、船舶横向力的量级关系进行推广，得出利用船舶横向力与舵力的综合作用改善船舶操纵性。     

低速域船体流体动力的实用估算法

利用芳村给出的低速域船体流体动力的简单计算模型,在收集了１０多艘船舶斜航水动力系数试验数据的荐,采用多元线性回归分析法,提出了一种由船型参数求 速域船 流体动力的实用估算方法,为研制开发造离泊船舶操纵模拟器奠定了基础。     

基于积分Backstepping的船舶航向非线性滑模控制

设计一种基于积分Backstepping的船舶航向非线性滑模控制器,实现船舶在大幅度改向操纵运动中航向准确快速跟踪控制.在采用Bech船舶操纵运动数学模型精确描述船舶大幅度改向运动性能的基础上,利用反演法设计航向改变控制算法,引入积分控制环节消除模型参数不确定性和风、浪、流等干扰影响,借助Lyapunov稳定性定理证明控制系统渐近稳定.对实船的仿真对比可知,本文设计的船舶航向控制器性能优越,控制舵角合理,控制输出航向对本船参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强的鲁棒性.     

舵面故障情况下推力矢量在飞艇中的应用研究

推力矢量控制技术是一种先进的推力控制方案,将其应用于飞艇的飞行控制,可以在飞艇低速气动舵面失效或者舵面故障等特殊情况下,辅助甚至替代舵面控制飞艇正常飞行。建立了考虑推力矢量的飞艇数学模型,增加了飞艇的控制余度,分析了飞艇常见的舵面故障形式,研究了推力矢量对飞艇舵面故障的补偿和重构。仿真结果表明,推力矢量可以在舵面故障情况下对飞艇进行有效的控制,提高飞艇飞行的安全性和可靠性。     

水下拖曳系统缆–船耦合运动模拟

为进一步提高水下拖曳系统在不同情况下的预报精度,将水面拖船和水下拖缆视为一个相互影响的整体进行考虑,计入缆–船耦合影响及拖船自身机动影响,采用数值仿真方法探讨整个系统在桨、舵操纵等机动情况下的运动响应特征.采用经典的MMG模型和集中质量法分别描述水面母船的操纵运动和水下拖缆的动态运动,在此基础上建立船–缆耦合运动及动力边界条件将其耦合起来以形成整个系统的运动数学模型,并采用四阶龙格库塔方法积分求解.通过对比仿真计算分析了包括水面拖船在内的整个系统在各种情况下的运动响应.结果显示：当计入船缆耦合影响后,系统的速度和回转性能有所降低;水下拖缆在系统机动过程中因计入水面拖船而自身运动的影响也会表现出更为符合实际的运动特性.     

船舶在规则波中回转运动的研究

研究了船舶在规则波中的回转性能．首先进行约束模型试验，得到了水动力系数，然后计算船舶在规则波中的回转圈．计算时考虑了波浪漂移力，并讨论波高一定时波长、舵角、船速对回转圈漂移的影响．     

不同船速比对改向避让效果的影响

为了研究船速比在船舶驾驶员制定改向避让决策时的影响，运用船舶相对运动几何原理建立船速比与改向避让施舵点、改向幅度之间的数学模型，分析不同目标交汇特征下船速比（K≥1）分别对施舵点和改向幅度的影响。仿真实验结果表明，船速比（K≥1.5）较大的情况下，本船按《国际海上避碰规则》（以下简称规则）改向避让的效果不显著，对左正横附近来船，可能产生安全隐患。     

基于航迹误差预测模型的船舶自适应控制

为提高船舶控制精度,根据船舶航迹、航向、航速、舵角特性和历史数据,采用卡尔曼滤波进行误差预测估计,利用反传多层感知器自适应网络建立船舶航迹误差预测模型,并采用舵角、航向、航迹三层串级回路系统结构,完成自动舵控制功能.在风浪干扰、改变船舶模型的回转性指数、追随性指数、延迟因子和积分因子情况下,该系统以较少的舵角动作迅速收敛,减小了航迹的波动幅度和次数,使船舶航迹与预定航线更加拟合.仿真结果表明,在模型失配情况下,该系统仍可保持稳定的输出和光滑的控制作用,具有较好的鲁棒稳定性和良好的动态调节品质.     

基于船舶行为特征的港口航道通过能力仿真

为使港口航道通过能力的计算更符合港口航道的实际情况,分析了港口航道系统特征及船舶交通流特征,建立基于船舶行为特征的港口航道通过能力模型.定义船舶行为特征的有关概念,并根据国内某大型海港的历史资料进行模型仿真试验.结果表明,该模型能较好地模拟港口航道交通流的实际运行状况,对港口航道通过能力的计算、评估和预测具有重要的理论价值和实际意义.     

舵的时间最优控制设想

自动舵是船舶的必需设备,目前广泛使用的有比例微分舵,比例积分微分舵及自适应舵。应用最优控制理论,提出一种时间最优控制器的设计方案,当船舶出现航向偏差时,该控制器控制舵叶使船舶在最短的时间内过渡到指定的航向。     

锚泊船在风流中的偏荡运动研究

为研究单锚泊船在较强干涉力(风、流)作用下产生的偏荡运动,利用分离型建模思想,建立了锚泊船运动的数学模型,并利用Matlab对单锚泊船的偏荡运动进行仿真,得出船舶在偏荡以及走锚时的运动形态和各运动参量的变化趋势,进而得出船舶在风流中保证安全锚泊的出链长度的计算公式,可为船舶驾驶员的锚泊操纵提供参考.     

船舶振荡运动仿真

为节约昂贵的海上试验费用,以6个自由度最关键的横摇运动为例说明了仿真计算过程。在由船模试验得到船舶响应幅值算子（RAO）的基础上,采用ITTC单参数标准波谱计算船舶的运动幅值谱,然后采用线性迭加法得到船舶振荡运动的时域序列。仿真信号序列的频谱与实船采集的横摇运动数据的频谱具有相似性,对频率区间细分可以提高仿真结果的精度。