船舶操纵模拟试验在航道设计方案比选中的应用研究

传统方法对于各种环境影响,特别是各种环境因素组合在一起时的船舶操纵安全性、合理性很难作出评价,使得从船舶运动角度对港口、航道进行优化设计受到限制。以天津LNG项目航道设计方案比选为背景,利用全任务大型船舶操纵模拟器对航道航行水域进行模拟试验,研究不同风力风向、流向流速等环境下各方案对船舶操纵安全的影响,分析各方案的合理性并根据试验结果确定推荐方案。     

二自由度载人船舶运动模拟器

最近,我校船舶操纵性实验室研制了二自由度船舶运动模拟器并通过了鉴定。二自由度载人船舶运动模拟器是在陆上复制和模拟船舶在海上运动的装备。它由模拟操纵转台、电液伺服系统、安全保护系统和电子模拟计算机等部分组成。模拟操纵转台由2.2米×2.1米×2.1米操纵舱和外框组成,操纵舱内可容纳3人,装有操舵、调水等操纵装置和显示仪表。其作用原理是操纵舱内的操纵动作变为电信号输入到电子计算机,计算机模拟操舵和船舶运动,计算机解得运动参数,驱动转台作纵横倾运动并由操纵舱内的仪     

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。     

大连港香炉礁航道通航安全论证

为了对大型船舶进出大连港香炉礁航道及出坞船旋回掉头靠泊作业进行船舶操纵方案论证及船舶通航安全评估，应用日本MMG分离建模方法，建立了大型船舶操纵运动的仿真模型，给出了电子海图中相关的坐标转换算法．在此基础上，应用大连海事大学船舶操纵模拟器进行了实时动态仿真并给出了拖船使用数量的实用估算方法．仿真的结果比较可靠，对船长、引航员具有重要的参考加值，也为港方对港口建设及大型船舶靠泊问题进行决策提供了科学的依据．     

青岛20万吨级航道设计的模拟

为了充分讨论青岛港区２０万吨级矿石专用码头航道设计方案，利用大连海事大学的船舶操纵模拟器对其各种方案进行了模拟论证，根据模拟结果对各种设计方案给出了客观的 价，事实证明计算机模拟是验证航道设计方案可靠，经济而安全的方法。     

船舶操纵运动仿真及其理论研究

建立了船舶操纵运动仿真数学模型，给出了一种新的风力和风力矩数学模型并预报了船舶在风作用下的操纵运动，提出了估算浅水中船体水动力的方法，预报了船舶在浅水中的操纵性能，研究了边界元理论在船体水动力计算中的应用，并利用理论计算结果，预测了船舶的回转运动及Ｚ形操纵。     

上海交大二自由度载人船舶运动模拟器

我校最近建成的二自由度载人船舶运动模拟器是仿制船舶在海上运动的地面装备。它由模拟操纵转台、电液伺服系统、安全保护系统和电子模拟计算机等组成。它可用于设计阶段模拟设计船的各种限定操纵和应急操纵,预报设计船的操纵性;亦可用于研究船舶闭环系统中各操纵环节,包括人的操纵作用等。本文简要介绍其用途、工作原理、技术指标和性能、设计特点等方面内容。     

港口航道和码头通航安全评估

为了满足对福建液化天然气站线10万t级液化天然气船舶码头工程通航安全评估需求,就通航安全评估工作中的船舶操纵模拟器运用、船舶运动数学模型的建立、电子海图和码头CAD数据转换及叠加、虚拟通航环境生成、评估仿真模拟试验方案的设计与实施以及船舶航迹带生成系统等关键技术问题进行简要的论述.且运用大型船舶操纵模拟器和船舶航迹带生成系统,对10万t级液化天然气船舶的航行安全问题进行仿真模拟,并对模拟仿真结果进行分析评价,进而提出通航安全方面的合理化建议.     

船舶自动避碰仿真研究

针对海上交通环境复杂、内河航道易于碰撞的问题,研究可辅助船舶操纵的自动避碰系统.分析了船舶避碰的影响因素、船舶受力对船舶航行的影响,并对人工势场法进行改进,优化了船舶行驶路径.基于改进的人工势场法设计船舶路径规划流程,以长江水域为例进行弯曲航道的模拟.结果表明,采用人工势场法可以辅助船舶自动航行,在安全的情况下获得较短的避障路径.通过增加转向点可以减小人工势场法局部极小点的发生概率.     

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.     

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.     

吊舱推进船舶操纵性仿真研究

为进一步提高吊舱推进船舶的操纵性能,根据船舶在操纵过程中的运动状态,建立了吊舱推进船舶综合仿真模型。分析吊舱推进器推力大小、回转角度与船舶操纵的关系,改进了现有三自由度非线性船舶运动方程,提出了吊舱推力矢量模型以及具体计算方法。在Matlab平台下分别实现了吊舱推进船舶和传统推进船舶模型的仿真,并比较了这两种船的回转操纵和Z形操纵性能。结果表明该模型能正确地反映吊舱推进船舶操纵运动状态并为吊舱推进控制技术的研究提供了可信的数学模型。     

基于MMG登陆舰艇操纵运动模型的螺旋桨力研究

 登陆舰艇是两栖作战中的主要输送装备，针对其运动规律的复杂性，建立了在深水和浅水条件下基于分离型船舶操纵运动模型（MMG）的登陆舰艇操纵运动模型。因登陆舰艇在航行中，螺旋桨推力是主控力，用来克服水的阻力，维持舰艇的操纵运动，所以螺旋桨的流体动力模型是登陆舰艇运动建模的一个重要组成部分。在登陆舰艇特有的操纵运动模型的基础上，着重介绍了登陆舰艇操纵运动中螺旋桨力的模型。     

船舶操纵的高斯势函数神经网络PID控制器研究

针对船舶操纵这种非线性、时变参数控制对象,提出了一种采用高斯势函数神经网络的自适应PID控制系统,该系统由2个高斯势函数神经网络组成,其中一个用于船舶运动模型的辨识,另一个用于PID学习控制。文中还提出了广义递归最小二乘学习算法,以便加快网络训练速度。船舶操纵的仿真结果表明此法明显优于传统的PID控制器。     

船舶操纵模型硬件模拟器的设计与实现

船舶操纵模拟器可采用物理仿真、半物理仿真及软件仿真3种方法。设计并实现了船舶操纵的半物理硬件电模拟器。详细地讨论了船舶模型的分解与模拟、舵机模型的模拟、外界干扰叠加的模拟、模拟器的器件选取与实现、外界干扰信号的模拟等。模拟器的实际试验结果表明控制精度高、运行稳定可靠。     

人船一体系统模型复合控制的研究

为减少由于人的决策失误导致的海难事故,提高船舶操纵质量,提出应用于动态不确定性船舶运动的人船一体系统模型(ISSM).建立了ISSM的结构形式,给出了相关参考数据.依据驾驶员的学习和辨识能力,使ISSM适应船舶特性的变化,利用最陡下降法使ISSM误差平方和达到最小.对船舶航向控制的仿真结果表明,该模型可使船舶运动跟踪理想的航迹,最大限度地发挥船舶操纵的技术性能,从而获得优良的船舶操纵品质.     

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.     

Fuzzy Inference System Design Based on Data Mining Concepts and Its Application in Time Series Forecasting

This paper adopts data mining(DM) technique and fuzzy system theory for robust time series forecasting.By introducing DM technique,the fuzzy rule extraction algorithm is improved to be more robust with the noises and outliers in time series.Then,the constructed fuzzy inference system(FIS) is optimized with a partition refining strategy to balance the system's accuracy and complexity.The proposed algorithm is compared with the WangMendel(WM) method,a benchmark method for building FIS,in comprehensive analysis of robustness.In the classical Mackey-Glass time series forecasting,the simulation results prove that the proposed method is able to predict time series with random perturbation more accurately.For the practical application,the proposed FIS is applied to predicting the time series of ship maneuvering motion.To obtain actual time series data records,the ship maneuvering motion trial is conducted in the Yukun ship of Dalian Maritime University in China.The time series forecasting results show that the FIS constructed with DM concepts can forecast ship maneuvering motion robustly and effectively.     

船舶操纵的控制技术发展综述

介绍与比较了船舶操纵的各种自动舵控制方法,船舶自动舵可分为４个发展阶段,即机械舵、ＰＩＤ舵、自适应舵和智能舵,其中智能舵为目前最先进的自动舵,它分为专家系统、模糊舵和神经网络舵。