扩展P-ROQR环流抑制策略在船舶MMC-MVDC电力系统中的应用

为了解决船舶中压直流(MVDC)电力系统中应用的模块化多电平变换器(MMC)存在的环流问题,分析自阻型MMC的拓扑结构及环流产生机理,采用基于2阶广义积分器(SOGI)的滤波器过滤环流中的直流分量。对于环流中的交流分量,提出一种基于比例降阶准比例谐振控制器的新型环流抑制器对其进行抑制。在MATLAB/Simulink软件中搭建船舶自阻型MMC-MVDC电力系统模型。仿真结果表明:所提策略能有效抑制环流中的交流分量;自阻型MMC应用于逆变侧时具有直流故障闭锁能力。所提策略应用于船舶MMC-MVDC电力系统的环流抑制效果优异,同时具有减少桥臂电流畸变,稳定子模块电容电压的作用。

船舶舵机电静液作动器的分数阶线性自抗扰控制

为改善船舶舵机电静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator,EHA)的抗扰性能,提出一种基于线性自抗扰控制和分数阶PD控制的融合控制方法。在建立驱动电机和液压系统数学模型的基础上,利用线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)估计EHA在不同工况下所受的内外总扰动,并证明LESO的有界稳定性;进一步采用分数阶PD控制作为控制律对所估计的总扰动予以主动抑制,控制参数由剪切频率和相位裕度等频率响应指标决定。利用AMESim和Simulink联合建立EHA仿真模型,通过分析可知,所提出控制方法在船舶航速分别为6 kn和8 kn时位移控制精度均约为1 mm。利用自研EHA搭建船舶舵机半实物试验装置,进行来回摆舵和突然换向试验,结果表明在负载扰动下和有突变换向情况时,所提出控制方法对操舵指令的跟踪均具有较好的快速性和稳定性。

2023年世界船海市场评述与2024年展望

2023年世界经济增速由2022年的3.5%放缓至3.1%,但表现出明显的韧性,全球不同经济体的经济增长分化加大。随着全球疫情管控的放开和地缘冲突的增加,大宗商品贸易受到扰动,2023年海运贸易仍预计增长2.4%。船舶行业的市场基本面稳定向好,市场主要指标保持增长,以载重吨计,新船订单量同比增长25%,完工交付量增长12%。其中油船新船订单同比增长356.6%,散货船新船订单同比增长33%,集装箱船和气体船则有所回落。中国新船订单量在主要造船国中保持领先,占全球市场份额68%。采用绿色替代燃料的双燃料船舶订单持续增长,占全球订单的34%。预计2024年船舶行业或将维持上行趋势,尤其是散货船和油船。脱碳进程的加快和人工智能技术的发展也将为船舶航运业的高质量发展带来机遇和挑战。

基于卷积理论的船舶舵效辨识及艏向短时预测方法

针对船舶较长的操舵响应时间使得航向难以快速把定,甚至引起艏向角振荡及更多的安全问题,应用卷积理论并结合二阶惯性系统的单位脉冲响应特性,设计一种对船舶舵效进行辨识并对未来短时间内艏向变化进行预测的方法。利用采集的实船数据对该方法进行验证。用该方法得到的舵效和艏向短时预测结果可为船舶在紧迫局面下的避让提供可靠的决策支持信息,可为船舶自主航行智能决策提供支持。

基于有序选择模型的船舶事故严重度致因分析

为探究影响船舶事故严重度的因素,提出一种基于有序选择模型的船舶事故分析方法。首先,基于中国海事局及其直属机构官方网站上发布的604份沿海水域船舶事故调查报告,以船舶事故严重度为因变量,将事故划分为小事故、一般事故、较大以上事故3类,并从船舶、环境、船员、管理和事故5个方面,选取19个事故严重度潜在致因因素。然后,运用有序选择模型(包括有序Logit模型和有序Probit模型)识别显著致因因素。最后,以最佳模型的边际效应量化分析显著致因因素的作用方向和强度。研究结果表明:2个有序模型所识别出的显著致因因素均为船舶作业、强风、未采取安全航速、危险判断不当、导航设备使用不当、配员不足、安全管理不到位、秋季、冬季、沿海航路、碰撞和自沉;所有显著致因因素均满足平行线假设;有序Probit模型的拟合效果优于有序Logit模型;所有显著致因因素均对较大以上船舶事故具有正向效应;就影响程度而言,碰撞最大(边际效应的绝对值为2044%),危险判断不当最小(494%)。

2022年世界船海市场评述与2023年展望

受货币政策、地缘政治冲突、疫情持续等影响,在经历了2021年的经济短暂复苏之后,2022年宏观经济呈现减弱趋势,海运贸易格局向区域化方向发展。受此影响,2022年新造船市场整体呈现下降趋势,同比下降30.6%。集装箱船、散货船、油船和海工呈下降趋势,油船降幅最高,达72.0%;LNG运输船、汽车滚装船呈上升趋势,增幅分别为88.0%和135.1%。受劳动力市场和中韩等主要造船国产业产能调整的限制,2022年造船完工量同比下降6.9%。2022年手持订单也呈现下降态势,同比下降7.5%。在环保法规影响下,绿色燃料船舶发展迅速,新船订单中绿色燃料船舶占比已达44.5%,成为造船国重要的竞争领域。2023年全球经济增长将继续下降,预期会对船舶市场造成不利影响,但LNG船等高附加值船舶、绿色船舶仍将持续火热,全球船舶产品将加快向绿色化、智能化方向发展。

粘性等效船舶横摇运动降阶预报方法

针对船舶耐波性中的经典横摇问题,本文提出一种针对横摇运动预报的粘性等效降阶方法。在该方法计算框架中,首先采用粘流模型和无粘模型分别模拟船体的强迫放大运动,预报不同运动幅度下的水动力力矩。其次,应用能量等效法获取船舶横摇阻尼随KC数变化的修正函数。最后,在横摇运动响应预报中,基于欧拉方程求解无粘流体,应用获取的阻尼修正函数,对横摇阻尼进行实时修正,以提高预报精度。为验证该方法的有效性,分别采用VEROM模型和RANS粘性模型对典型二维船体中段的横摇响应进行预报,对比结果表明:VEROM模型与RANS模型预报精度相当,但前者的计算时间可缩减到RANS模型的5%。

基于输出误差模型优化的甲板运动预报算法研究

本文提出了一种适用于多种复杂海况的大型舰船甲板运动预报方法,目的在于提高算法对不同海域复杂海况的适用性,以及对甲板运动模型的辨识精度与预报精度。该方法通过将量测数据的时间滞后处理引入输出误差模型来描述甲板运动的动力学模型,引入定阶准则确定了模型最优阶数数对。在此基础上应用了辅助模型递推最小二乘算法进行系统参数辨识并估计输出误差模型中的状态变量。实验结果表明,本文所提出的预报方法在系统参数辨识阶段可以将递推最小二乘算法的辨识精度提高5.13%,并且在预报阶段可以有效地将甲板运动的幅值与相位预测精度提高3.17%。该方法在复杂海况下具备良好的预测性能,适用于大型舰船甲板运动预报。

Market Fluctuates,Orders Dive Jan-Dec China Shipbuilding Industry Economic Operation

Affected by the outbreak of COVID-2019,the international shipping market oscillated down,and the volume of new shipbuilding orders decreased significantly worldwide.China's shipbuilding completion and hand-held ship orders decreased year-on-year(YOY),and due to the lower base in the same period last year,China's new ship orders increased YOY.Major economic indicators such as the total industrial output value of key monitored enterprises declined YOY.

基于ANP-TOPSIS的船舶修理项目优先级评价体系

为科学评判船舶修船项目的优先级,解决资源冲突问题,提升修船企业的经济效益,采用文献研究法、头脑风暴法和德尔菲法建立项目优先级评价指标体系。从财务、客户、内部流程、学习成长和战略等5个维度确定目标层和17个指标的影响因素。通过网络层次分析法(Analytic Network Process,ANP)获取指标权重,采用TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)法进行修船项目优先级排序。选取6个船舶修理项目进行实例分析,验证该方法的适用性。

船舶轴系弹性支撑振动过大原因及对策

为解决某船舶轴系弹性支撑振动过大的问题,消除剧烈振动对推进系统性能发挥及船舶动力系统航行安全性的影响,分析该船柴油机功率输出传动件的结构特点,研究轴系弹性支撑振动产生的原因及机理。利用丹麦B&K公司3050数据采集前端、4513 BX压电式加速度传感器及4514 BX压电式加速度传感器采集弹性支撑振动进行跟踪测试,通过PULSE数据分析平台对振动信号进行频谱、阶次和总级值等方面的分析,结合频谱分析、试验及对比分析得出该设备振动过大主要是由轴系不对中、转子不平衡和机械共振等3种因素导致的;对导致各类振动的故障源进行分析,并提出具体对策。

扩展联合对角化法的水声信号盲分离技术

分析了舰船噪声阵列声纳观测信号的多途卷积混叠特性和盲源信号分离问题及扩展信号瞬态混合形式下的四阶累积量联合对角化方法。研究了适合多源多途水声信号盲分离技术及波形恢复、修改后的算法对抑制环境噪声的有效性。用仿真信号和水池实验实录信号对修改后的盲分离算法进行了检验,取得了满意的效果。

基于二阶自适应Volterra级数的船舶运动极短期预报研究

针对随机海浪作用下船舶运动的非平稳、非线性特性,文章提出了基于卡尔曼(Kalman)滤波原理的非线性二阶Volterra级数自适应预报模型。通过把Volterra级数核向量作为状态向量,利用随机游动模型建立系统的状态方程,一步Volterra级数预报模型作为系统的观测方程,从而进一步提高了Volterra级数模型的核估计的收敛速度。同时验证了利用AIC准则对Volterra级数预报模型定阶的可行性,通过迭代法实现了自适应多步预报。仿真结果表明文中提出的基于Kalman滤波算法的自适应预报模型应用于船舶运动极短期预报是可行的,该方法在理论和工程应用方面具有重要的意义。

α稳定分布的水声信号处理新方法

本文依据分数低阶统计信号处理理论和舰船辐射噪声信号特性,提出了水声信号新的噪声模型,分析了常规LMS滤波方法在非高斯α稳定分布噪声下性能退化的原因,提出了基于分数低阶p-范数的LMP,NLMP水声信号自适应降噪滤波方法,并分析了参数p值的选取对LMP滤波效果的影响。理论分析和计算机仿真结果表明这种方法在高斯和非高斯α稳定分布条件下都具有良好的鲁棒性。

基于Bech模型的船舶航向自抗扰控制器设计与仿真

基于船舶非线性Bech模型提出了一种新型船舶航向控制器——高阶自抗扰控制器(ADRC),该控制器主要由三阶TD、四阶ESO和非线性状态误差反馈(NLSEF)三部分组成.设计扩张状态观测器时,采用二阶TD的滤波功能对系统输出进行噪声滤波,并用其滤波值来建立扩张状态观测器.通过航向改变、参数摄动、外界干扰的仿真试验表明,自抗扰控制器控制效果良好,具有较强的鲁棒性.

基于高阶奇异值分解的OTHR海杂波抑制算法

针对短相干积累时间(coherent integration time,CIT)引起的多普勒分辨率低,无法从强大海杂波中检测出舰船目标的问题,提出了基于高阶奇异值分解(higher order singular value decomposition,HOSVD)的海杂波抑制算法。首先利用相邻单元内海杂波的相干性,将毗邻距离单元和方位单元的多脉冲接收数据应用三阶张量表示,然后采用HOSVD方法求解三阶张量的海杂波子空间和目标子空间的投影矩阵,最后利用投影矩阵将三阶张量映射到目标子空间以抑制海杂波。该方法与现有子空间类海杂波抑制方法相比,提高了信干噪比(signal to clutter plus noise ratio,SCNR)和峰值旁瓣电平比(peak sidelobe level ratio,PSLR),解决了目标谱峰偏移问题。

基于序次Probit模型的航道船舶碰撞危险度研究

船舶碰撞严重威胁着船舶水上航行的安全,船舶碰撞危险度的研究能够为船舶避碰提供有效的预防手段和合理的科学依据。选取航道船舶碰撞危险度作为状态变量,选取船舶会遇方式、风速和能见度作为控制变量,运用序次Probit模型拟合出碰撞危险度状态方程。分别对人为判断和序次Probit模型的碰撞危险度利用插值技术,描绘出控制变量对状态变量的作用效果变化特征图。研究结果表明,拟合状态方程可以良好地表征系统状态的连续变化特征,序次Probit模型能够有效克服人为判断的不确定性。

基于二阶滑模算法的船舶航向控制

针对非线性、易受外界扰动的欠驱动船舶航向控制系统,基于滑模控制算法的理念,直接对二阶航向控制系统中的控制输入进行设计,提出一种二阶滑模控制算法,通过设计合理的李雅普诺夫函数及利用其稳定性理论对系统的稳定性进行了分析,并利用"育龙"轮运动数学模型进行计算机模拟仿真,验证了该控制算法的合理性及有效性。该算法避免了计算中的维数膨胀问题,无需对不确定的外界摄动进行定性估计,可以保证闭环控制系统的渐近收敛及稳定。仿真结果表明,根据该控制算法所设计的控制器,能够有效解决非线性航向控制系统中存在的抖振、超调以及不能在有限时间内快速收敛的问题,而且对外界干扰以及系统摄动不敏感、具有强鲁棒性,具有很好的实践应用价值。

基于支持向量机改进算法的船舶类型识别研究

利用船舶目标辐射噪声DEMON谱特征,采用改进的支持向量机算法,实现了对船舶目标的分类识别研究。针对支持向量机算法对噪声比较敏感和最优分类面求解时约束较多不利于支持向量机最优分类面寻优的问题,在保持支持向量稀疏性和应用径向基核函数的条件下,对支持向量机算法在松弛变量和决策函数两方面进行了改进,提出了基于径向基核函数的齐次决策二阶损失函数支持向量机改进算法,并应用于利用船舶目标辐射噪声DEMON谱进行船舶目标类型分类识别实验。理论分析、数据仿真与实验结果表明,该改进算法实现了在二次规划中的较少约束条件下最优分类面求解,具有模型参数寻优空间广阔、总体分类性能优的特点,其分类性能优于原支持向量机算法,是一种适合于船舶辐射噪声DENOM分类识别的有效的支持向量机改进算法。

基于改进IOWA组合模型的舰船装备维修费预测

针对诱导有序加权平均(induced ordered weighted averaging,IOWA)组合模型中,单项预测方法精度相同时诱导值可能存在多种不同排列顺序的问题,提出综合考虑预测方法的历史性能确定其唯一排序;针对实践中单项预测方法较多时,IOWA组合模型构建过程十分复杂的问题,通过构建适合于Matlab软件计算的最优化模型矩阵形式,降低计算复杂性;结合舰船装备维修费预测中样本小、预测方法多的特征,采用各单项预测方法的历史平均拟合精度来估计其预测期诱导值的排序,并以此计算组合预测值。最后实例说明了该方法的有效性。