船舶纵摇短期预报之主机转速控制策略概述

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1、船舶纵摇短期预报之主机转速控制策略概述第1章绪论1.1课题研究的目的和意义船舶在复杂海况下航行时，受到海浪的影响会产生六个自由度的运动，横摇(roll)、纵摇(pitch)、艏摇(yaan算法，但Kalrnan算法是从总体平均导出的在均方上的最优滤波器，而RLS算法得到的数据自适应滤波器是对于每一组输入的数据得出的。由上节内容可将模型的参数估计出来，但是还不能进行预报。因为对于一组数据来说，它本身的阶数是固定的。只有选择到合适的阶数，才能准确的对数据进行预报，所以确定模型阶数是建模中十分重要的一环。当且仅当模型的参数以及模型阶数都确定下来，

2、才可以说对数据进行了一个完整建模。..2.2海浪模型船舶都是在极不规则的随机海浪环境下航行的，所以为了建立船舶在海上运动的数学模型，首先需要研究随机海浪的运动情况。海浪是十分不规则、十分复杂的，具有很强随机性，本质还是非线性的。所以，想准确的把握海浪模型非常的困难。上世纪中叶，海洋动力学家Neummn及Pierson等人提出了釆用随机过程理论来分析海浪的方法，即现在所说的谱分析法。从大量观察结果中得到，海浪属于狭带谱的正态随机过程，其幅值服从雷利分布。理论分析可知，对船舶纵摇运动起主要作用的是长峰波，所以在海浪建模的时候主要对长峰波进行建模

3、[41]。在本章的三个部分中主要讨论了AR模型理论的原理以及海浪模型和纵摇模型的特点，还有就是将AR模型法应用到了船舶纵摇短期预报中。在AR模型这块着重讨论了自回归预报中RLS算法的理论基础及实现过程，证明RLS算法相对于其他自回归预报方法具有运算简单，运算结果精度相对较高的特点。讨论了RLS算法实现过程中模型阶数的选择，着重讨论了AIC准则及BIC准则实现过程，并相对于船舶运动信号预报过程的特点，最终选择AIC准则作为预报过程中模型阶数选择的准则。通过对船舶纵摇模型的分析，找到了运用AR模型预报纵摇运动的方法，通过MATLAB仿真的方法得

4、到了海浪、纵摇的仿真曲线，经过分析，满足相应的特点；再通过MATLAB进行AR法预报纵摇运动的仿真，通过曲线的分析，验证了预报方法的正确性。.第3章船舶主机的建模.......343.1柴油机模型.......343.2点火延迟.......363.3主机转速控制.......383.4本章小结.......39第4章基于纵摇短期预报的主机转速控制.......404.1出现飞车的纵摇危险角度计算.......404.1.1船舶重心的确定.......404.1.2螺旋桨飞车时纵摇角的求解.......434.2执行器数学模型.......

5、444.3船舶主机转速控制系统的设计.......454.3.1P1D控制器的原理与算法.......464.3.2基于纵摇短期预报的主机转速控制方法的研究.......464.4本章小结.......53第4章基于纵摇短期预报的主机转速控制4.1出现飞车的纵摇危险角度计算本章主要进行了基于船舶纵摇短期预报的主机转速控制方法研究，控制方法主要是基于PID控制方法，在PID控制方法的基础上加入船舶纵摇短期预报的应用，即利用纵摇对船舶的影响，形成一个超前控制量，对主机进行转速控制。通过仿真研究，证明此种控制方法的有效性。通过仿真得基于船舶纵摇短

6、期预报的主机转速曲线，从图4.11中可以看到，当主机转速在纵摇的预报值超过设定值时在几秒内降低到了安全的转速，当纵摇角的预报值小于设定值后，又慢慢恢复到正常的转速。从此仿真曲线可以证明基于船舶纵摇短期预报的主机转速控制方法是能够有效对转速进行控制的，并可以应对由船舶纵摇引起的主机飞车状况。.结论船舶在波浪中航行时的运动由于受到海风、海浪以及其他因素的影响，会产生六个自由度的运动，具有很强的非线性和随机性，这就导致了对船舶姿态预报与船舶减摇控制都具有相当的困难，由于现在水平有限，不能做到减摇设备的设计，所以选择了保护主机的做法，对纵摇预报进行

7、应用。本文工作和主要结论如下：1.通过对船舶纵摇模型的研究，得到了船舶纵摇模型与海浪波倾角的关系，对海浪建模后便得到了想要的纵摇模型，得到了想要的纵倾角。通过Matlab仿真得出相应的曲线，得到的曲线符合实际的特性，并且能够反映一定的特点，验证了海浪模型和纵摇模型的正确性。2.研究预报方法，通过对一些预报方法的研究，发现相对简单的自回归模型法（AR法）完全能够满足对船舶纵摇短期预报的要求，所以选择了AR法作为预报的方法。通过对AR法的研究，实现了用AR法对船舶纵摇的预报研究，得到的曲线满足预报的要求，也验证了预报方法的正确性。