船舶縱橫搖和升沉運(yùn)動預(yù)報方法研究.pdf

1、水面艦船在復(fù)雜海況下航行時會產(chǎn)生各種搖蕩運(yùn)動,其中縱橫搖和升沉運(yùn)動對船的危害和影響最大。激烈的縱橫搖和升沉?xí)?yán)重影響船員的舒適感和安全,使航速下降、主機(jī)功率變低、船的穩(wěn)定性破壞,甚至可能導(dǎo)致翻船,產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。因此,對船舶搖蕩姿態(tài)有效準(zhǔn)確的預(yù)報已成為一個重要的課題,它對于提高船舶的耐波性和適航性,對船體搖蕩提前進(jìn)行補(bǔ)償控制具有極為重要的意義。基于上述情況本文開展了船舶縱橫搖和升沉運(yùn)動預(yù)報研究。
　　 首先,基于切片理論建立了大

2、型水面船的六自由度運(yùn)動微分方程,為船舶搖蕩運(yùn)動仿真研究提供了精確的數(shù)學(xué)模型。由于隨機(jī)海浪是產(chǎn)生船舟自搖蕩的主要原因,建立理想的隨機(jī)海浪模型,是進(jìn)行船舶搖蕩運(yùn)動研究的基礎(chǔ)條件。因而根據(jù)長峰波隨機(jī)海浪理論對海浪擾動力和擾動力矩進(jìn)行仿真計算。
　　 本文主要采用兩種方法對船舶縱橫搖和升沉運(yùn)動進(jìn)行預(yù)報。一是基于卡爾曼濾波法的預(yù)報,包括系統(tǒng)建模、成形濾波器設(shè)計、系統(tǒng)擴(kuò)展等仿真研究。二是應(yīng)用時間序列法預(yù)報,通過對船舶運(yùn)動姿態(tài)統(tǒng)計分析,利用A

3、R(AutoRegressive Model)時間序列模型進(jìn)行預(yù)報。采用遞推最小二乘方法進(jìn)行AR模型參數(shù)估計,并應(yīng)用經(jīng)典AIC準(zhǔn)則對模型定階。利用上述兩種方法,針對某大型水面船進(jìn)行了船舶縱橫搖及升沉運(yùn)動極短期預(yù)報仿真研究并得出仿真結(jié)果。通過結(jié)果分析,驗證了上述方法準(zhǔn)確、有效。
　　 通過理論分析和大量仿真結(jié)果證明,對于船舶縱橫搖和升沉運(yùn)動預(yù)報,卡爾曼估計法和時間序列分析法都能取得較為滿意的效果。時間序列分析法計算簡單快捷,只需要