船舶操纵水动力建模的参数漂移消除和灵敏度分析

针对应用系统辨识进行船舶操纵水动力建模过程中出现的参数漂移,提出了一种基于支持向量机的辨识方法,采用该方法对系统输入和输出样本数据进行批处理辨识,避免了参数估计初值的选定.通过引入附加激励,减小了船舶操纵运动过程中的动力相消效应,由系数辨识结果和对回归模型中变量的相关性分析验证了该方法的有效性.为了减小模型复杂度对参数漂移的影响,对模型中的水动力系数进行了灵敏度分析,以获取各个系数对操纵性预报及水动力建模的影响权重.分析结果表明,线性水动力导数、横向速度和转首角速度的三阶水动力导数对建模精度的影响最大.     

基于两种螺旋桨建模方法的全附体船模斜拖试验数值模拟

应用计算流体动力学(CFD)方法数值模拟约束模试验以获取船舶操纵水动力导数,是建立船舶操纵运动数学模型的有效方法.在数值模拟全附体约束模试验中,选定合适的螺旋桨建模方法,是既快速又准确地计算船体水动力的关键.应用CFD方法求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程,分别采用体积力法和基于实桨的滑移网格法对螺旋桨进行处理,数值模拟了全附体KCS船模的斜拖试验;通过水动力数值计算结果与基准试验数据的比较,验证了所采用的数值方法的可靠性.对两种螺旋桨建模方法的结果进行比较可以发现,综合考虑计算成本和计算精度,体积力法可以代替实桨方法进行全附体约束模斜拖试验数值模拟.     

基于演化参数辨识的流体网络建模

应用演化计算理论研究了热动力系统中热工流体网络的仿真建模问题.从基本物理规律出发,建立了热工流体网络的通用仿真数学模型;采用演化算法对流体网络的参数进行辨识,避免了以往采用经验值或者网络在理想状态下的试验数据作为建模参数所造成的偏差,在提高计算精度的同时使模型的动态特性更加符合实际.将该方法应用于某蒸汽动力装置新蒸汽系统的仿真建模中,通过仿真结果和实测值的对比,证明采用演化算法辨识后的流体网络模型具有较高的计算精度,能够很好地反映网络对象的特性,在工程上是实用的.     

基于果蝇优化算法的船舶操纵响应模型的辨识

应用果蝇优化算法对船舶操纵运动响应模型的结构参数进行辨识,并用辨识得到的响应模型进行自航模变Z形试验预报.预报结果与自航模试验结果的对比验证了所提算法的有效性.研究结果表明,基于果蝇优化算法的参数辨识方法具有算法设置简单、调整参数少以及不易陷入局部极小值等优点.     

基于支持向量机的水下运载器平面操纵运动建模

应用卡尔曼滤波器对水下运载器操纵运动仿真试验数据进行预处理,应用最小二乘支持向量机(LS SVM)对水下运载器的平面操纵运动方程进行参数辨识,并与传统的最小二乘法(LSM)的结果进行比较,验证了LS SVM应用于水下运载器操纵运动建模的有效性.     

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.     

三体船附加质量的数值求解及分析

以船舶操纵水动力预报为研究背景,以无升力势流理论为基础,采用源分布面元法对半椭球体和Wigley船在水平面内运动的附加质量进行计算,将由附加质量所得孟克力矩与无升力势流理论物面压力分布所得孟克力矩理论计算结果进行对比,验证本方法计算结果的正确性及其用于孟克力矩计算的适用性.根据本计算方法求解不同侧体布局下三体船的附加质量,并分析侧体布局对三体船附加质量的影响,所得结果和结论符合实际船舶操纵运动规律.     

船舶Z形操纵试验的数值模拟

建立三维黏性流数值水池,采用CFD方法对船舶Z形操纵试验进行数值模拟研究.利用重叠网格技术实现船舶航行中的姿态变化,通过求解RANS方程和船舶运动方程,并结合单相Level Set方法,对船舶在开敞水域黏性流场Z形操纵试验进行数值模拟.以"育鲲"轮为对象,数值模拟10°/10°Z形试验.结果表明,计算结果和实船试验数据吻合度较高.     

小型共轴式直升机纵横向动力学建模与辨识

运用经典的叶素法和一阶谐波理论,建立了悬停状态下某小型共轴式直升机纵横向通道的理论计算模型;同时根据飞行试验中采集的直升机输入输出数据,以参数化理论模型为基础,运用系统辨识的方法得到了该机纵横向通道模型．通过计算机仿真,分别对理论计算模型和系统辨识模型进行了时域验证和分析,并比较了2种模型的稳定性导数、操纵导数及特征根,对该直升机的稳定性进行了分析．研究表明：所建立的小型共轴式直升机纵横向通道的理论计算模型能够反映该机悬停状态下纵横向通道的动态特性,以此为基础建立的系统辨识模型可以作为飞行控制系统纵横向通道控制的数学模型．     

安徽省淮河流域内河船舶数学建模及实船试验

为构建安徽省内河航道中代表船型的数学模型，以船舶实船试验为手段，获取其内河代表船型航行参数，并根据相关测试数据对船舶进行数学建模。在实船试验的同时能够同步获取航经水域水流和水深数据，根据船舶响应模型，修正和拟合相关船舶运动参数，提高船舶操纵数学模型的精度，使得后续模拟试验的结果更具普遍性。     

规则波中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合运动模拟与特性分析

采用MMG分离模型的思路,在船舶六自由度操纵性运动方程中叠加波浪垂荡力和纵摇力矩,构成波浪中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合动力学模型,用来模拟规则波中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合运动特性。其中的波浪力由切片法计算,船舶航向保持采用PD控制模式。采用耦合动力学模型计算了某船在规则波中保持航向时的垂荡、纵摇运动,并与试验结果进行了比较。两者的幅频曲线形式上基本一致,间接证明了耦合动力学模型的有效性。进而采用该模型计算了该船在不同浪向角和航速下保持航向稳定的垂荡、纵摇运动,以垂荡、纵摇等值极坐标曲线形式表征了船舶规则波浪中操纵与垂荡、纵摇的耦合运动特性。     

基于BP神经网络的船舶号灯识别模型与仿真

建立基于误差反传神经网络的船舶号灯智能识别模型,在众多的号灯识别参数中进行优化分析,确定了能见度、号灯亮度、背景亮度和眩光4个重要输入参数;利用这4个参数,基于误差反传神经网络对船舶号灯的可识别性进行建模和仿真,比较利用Levenberg-Marquart(L-M)、动量梯度下降、变学习率动量梯度下降和弹性反向传播等学习算法建立的误差反传神经网络模型,并确定L-M算法具有最优结果.通过号灯识别的仿真结果表明,识别结果与航海专家评估的结果一致.本模型实现了复杂光环境下船舶号灯可识别性的预报和影响因素分析,对保障船舶的夜航安全有着重要意义.     

基于果蝇优化算法的支持向量机参数优化在船舶操纵预报中的应用

应用果蝇优化算法对船舶操纵运动预报的ε-支持向量机(ε-SVM)的参数进行优化,建立船舶操纵运动预报黑箱模型,并用所建立的模型对Z形试验进行预报.通过预报结果与仿真试验结果对比,验证了该优化算法的有效性.研究结果表明,所设计的参数寻优方法具有算法设置简单、调整参数少以及不易陷入局部极小值等优点.     

基于支持向量回归机的船舶操纵响应模型辨识

通过对自航模变形Z形试验舵角与转艏角速度数据的分析,应用最小二乘支持向量回归机（Least Square Support Vector Regression,LS SVR）辨识了船舶操纵运动响应模型中的操纵性指数,并用回归得到的响应模型进行了变形Z形试验的数值模拟.通过将首向角和转艏角速度的预报结果与自航模试验数据进行比较,结果验证了该方法的有效性.     

新型蝙蝠算法辨识船舶运动模型参数

为准确、有效辨识出船舶运动模型的参数,以构建精确的船舶运动模型,将群智能优化算法中新型蝙蝠算法引入船舶运动模型的参数辨识。将船舶运动模型参数辨识问题转化为一个多维变量函数优化问题,分析了新型蝙蝠算法求解船舶运动模型参数辨识的适应性;给出了采用新型蝙蝠算法进行船舶运动模型参数辨识的流程。基于实船实验数据,采用新型蝙蝠算法辨识了实船一阶线型响应型模型参数。实例显示,将船舶运动模型参数辨识问题转化成优化问题,通过新型蝙蝠算法对构建的误差准则目标函数的优化,能够快速找到使得目的函数最优的一组变量,该变量即为辨识得到的模型参数。研究表明,提出的技术路线简明且适用,是一种有效的计算机辅助船舶运动模型参数离线辨识方案。     

舰载直升机“舰面共振”动力学分析

为了解舰载直升机舰面开车状态的动力学特性,以某舰载直升机为研究对象,建立了全机多体动力学模型、起落架液压缓冲系统模型和旋翼减摆器液压模型,进行了全机"舰面共振"动力学仿真分析。研究了舰船横摇角、舰船运动周期、旋翼液压减摆器参数对直升机"舰面共振"稳定性的影响。结果表明:在"舰面共振"状态,旋翼液压减摆器节流孔参数对舰载直升机机身振动幅值有较大的影响,随着减摆器节流孔孔径的增大,机身振动幅值大幅增加,直升机不稳定转速区扩大;舰船运动周期对机身振动幅值和不稳定转速区几乎没有影响;在不稳定转速区之外,舰船横摇角对机身振动稳态响应幅值的影响较明显。进入不稳定转速区后,由于自激振动影响,机身大幅振动,舰船横摇角对机身振动幅值的影响不再明显。     

基于子空间方法的车辆稳态操纵性模型辨识

基于子空间辨识方法,对稳态操纵工况下的车辆动力学模型进行辨识.根据子空间算法的假设条件,构建了3自由度车辆模型,并进行系统的可辨识性论证,确定了相应的辨识模型结构.采用方向盘角阶跃输入转向回正性能试验数据进行车辆模型的辨识.辨识模型的验证采用相同车速下的实车蛇形试验数据,分别在时域和频域进行辨识和试验对比.结果显示,两者基本吻合,子空间算法能够很好地适用于线性车辆操纵动力学模型的辨识.     

基于改进型径向基函数网络的船舶非线性航向自适应逆控制

针对非线性船舶控制中传统自适应控制方法存在的实时参数调整复杂、鲁棒性差等缺陷,提出了一种基于改进型径向基函数(RBF)网络的自适应逆控制(AIC)方案,RBF网络相比通常的非线性自适应模型,结构更为简单且不存在局部极小问题.对“The R.O.V Zeefakkel”散装船非线性模型的仿真结果表明,AIC在显著改善对象动态响应性能的同时,具有良好的鲁棒性和扰动消除能力,适用于对机动性要求较高的中小型船舶控制.     

基于粒子系统和图像合成的船舶航迹流模拟研究与实现

主要研究了采用粒子系统和图像合成相结合的船舶航迹流模拟方法．介绍了粒子系统方法的基本原理及其处理步骤．通过对航迹流产生原因的分析，建立起航迹流粒子运动模型，动态模拟了航迹流的轮廓．利用OpenGL技术．采用真实的航迹流图像以图像合成的方式实现航迹流的模拟．     

Identification for a class of distributed parameter systems

This paper discusses the identification for the distributed parameter system of gas reservoirs with het erogeneous carbonate matrices. Based on the relationship between the ad hoc function and the geological feature, we set up a general model with double porous structure, clarify its effect and significance, and present a series of results of sys tem identifications, including the basic content and methods, stabilizing functional and parameter identifiability etc. Us ing the perturbation of spectra of self-adjoint operators, the identifiability of the porosities and the ad hoc coefficient is demonstrated for the general structure model. This project indicates that the identification of a distributed parameter sys tem involves parameters, boundary position and structure.