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智能船舶靠泊技术研究热点与趋势
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作者 李国帅 张显库 张安超 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第1期3-14,共12页
在梳理近年来国内外智能船舶靠泊技术研究现状的基础上,首先从靠泊方式、数学模型和控制算法3个方面分别归纳靠泊技术的研究热点与应用情况,分析智能船舶靠泊技术在自主性、建模精度、路径规划、控制算法、节能效果和系统测试等方面尚... 在梳理近年来国内外智能船舶靠泊技术研究现状的基础上,首先从靠泊方式、数学模型和控制算法3个方面分别归纳靠泊技术的研究热点与应用情况,分析智能船舶靠泊技术在自主性、建模精度、路径规划、控制算法、节能效果和系统测试等方面尚待解决的问题。然后,从航海实际需求出发,提出下一步需要突破的有关信息融合、在线建模、智能决策、算法优化、绿色节能和测试技术等方面的核心理论和关键技术问题,努力提升靠泊技术的自主性、鲁棒性、快速性和“韧性”,助力实现安全、绿色、高效的智能航运目标。 展开更多
关键词 智能船舶 自动靠泊 船舶运动模型 智能决策
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System identification modelling of ship manoeuvring motion based on ?- support vector regression 被引量:9
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作者 王雪刚 邹早建 +1 位作者 侯先瑞 徐锋 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2015年第4期502-512,共11页
Based on the ε - support vector regression, three modelling methods for the ship manoeuvring motion, i.e., the white-box modelling, the grey-box modelling and the black-box modelling, are investigated. The 10°/1... Based on the ε - support vector regression, three modelling methods for the ship manoeuvring motion, i.e., the white-box modelling, the grey-box modelling and the black-box modelling, are investigated. The 10°/10°, 20°/20° zigzag tests and the 35° turning circle manoeuvre are simulated. Part of the simulation data for the 20°/20° zigzag test are used to train the support vectors, and the trained support vector machine is used to predict the whole 20° / 20° zigzag test. Comparison between the simula- ted and predicted 20° / 20° zigzag test shows a good predictive ability of the three modelling methods. Then all mathematical models obtained by the modelling methods are used to predict the 10°/10° zigzag test and 35° turning circle manoeuvre, and the predicted results are compared with those of simulation tests to demonstrate the good generalization performance of the mathematical models. Finally, the modelling methods are analyzed and compared with each other in terms of the application conditions, the prediction accuracy and the computation speed. An appropriate modelling method can be chosen according to the intended use of the mathematical models and the available data for the system identification. 展开更多
关键词 ship manoeuvring hydrodynamic coefficients mathematical model system identification ε - support vector regression
原文传递
基于LSTM-RNN的船舶操纵运动黑箱建模
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作者 田延飞 李知临 +1 位作者 艾万政 韩喜红 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第11期80-84,共5页
当无需揭示船舶操纵运动机理过程,而只需对输入输出建立映射时,黑箱建模成为一种有效途径。本文基于长短期记忆-循环神经网络(Long Short-term Memory-recurrent Neural Network,LSTM-RNN)构建船舶航向-舵角黑箱模型,LSTM网络为10-10-1... 当无需揭示船舶操纵运动机理过程,而只需对输入输出建立映射时,黑箱建模成为一种有效途径。本文基于长短期记忆-循环神经网络(Long Short-term Memory-recurrent Neural Network,LSTM-RNN)构建船舶航向-舵角黑箱模型,LSTM网络为10-10-1结构,误差指标为RMSE,参数学习采用Adam算法。开展实船Z型操纵实验获取了航向-舵角数据。前70%用于模型训练,后30%用于模型测试。训练后的模型使得RMSE达到设计目标。对测试集数据,训练后模型拟合优度在0.98以上,表明其具有良好的有效性和泛化性。文中航向-舵角LSTM-RNN黑箱模型结构简明清晰,参数明确,易于实际操作使用,为航向-舵角关系建模提供了一种可行方法。 展开更多
关键词 船舶操纵运动 黑箱建模 机器学习 LSTM-RNN
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无人帆船四自由度运动建模与试验分析 被引量:1
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作者 刘浩 赵文涛 +2 位作者 孙朝阳 刘凯 俞建成 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2023年第7期9-16,共8页
建立无人帆船的运动学模型是开展无人帆船操纵性和运动控制研究的基础。为简便快速地建模,在保证模型准确性的基础上,降低模型开发的难度,以“海鸥”号无人帆船为例,采用船舶操纵数学模型小组(MMG)分离建模方法建模,综合考虑风和浪环境... 建立无人帆船的运动学模型是开展无人帆船操纵性和运动控制研究的基础。为简便快速地建模,在保证模型准确性的基础上,降低模型开发的难度,以“海鸥”号无人帆船为例,采用船舶操纵数学模型小组(MMG)分离建模方法建模,综合考虑风和浪环境扰动,根据经验公式和计算流体力学(CFD)方法进行参数计算。在此基础上,根据试验数据进行试验复现,以验证模型的准确性。结果表明,建立的无人帆船模型和提出的参数计算方法适用于“海鸥”号无人帆船,跟踪536 m长轨迹,航速误差为13.41%,横摇角误差在10%以内。建立的四自由度无人帆船模型能反映无人帆船实体的速度和位姿,可基本复现试验现象。 展开更多
关键词 无人帆船 船舶建模 船舶操纵数学模型小组法
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三体船操纵性自航回转运动仿真预报分析
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作者 于东 周军伟 +2 位作者 李金华 桂洪斌 王威 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1645-1653,共9页
针对船舶操纵性自航回转试验成本较高,且现有成熟仿真方法效率低、分析要素单一等问题,本文提出了一种船舶自航回转运动数值模拟方法,并利用商用计算流体力学软件Star-CCM+对三体船模在满舵角30°和半舵角15°所受推力情况下的... 针对船舶操纵性自航回转试验成本较高,且现有成熟仿真方法效率低、分析要素单一等问题,本文提出了一种船舶自航回转运动数值模拟方法,并利用商用计算流体力学软件Star-CCM+对三体船模在满舵角30°和半舵角15°所受推力情况下的自航回转运动进行了数值模拟,将该模拟结果与较为成熟的基于数学模型方程组的约束模仿真回转运动结果进行了对比分析,通过对三体船在满舵角和半舵角时的纵距、横距、旋回初径和回转直径等操纵性回转要素值进行分析可知,其差值均在7%以内,验证了文中所提方法的可靠性。且采用文中所提方法对目标船模进行模拟计算时,不仅能够获得船模在平面运动内的回转性能要素,同时还能得到船模横摇、纵摇、升沉等多自由度运动响应要素,本文亦对三体船在满舵角和半舵角下做自航回转运动时的横摇、纵摇、升沉等响应要素进行了分析,从定性分析的角度看,模拟所得的各运动响应要素结果与实际船舶在做回转运动时产生的现象相符;从定量的角度分析,模拟目标船模所得各运动响应要素结果较好,不会对船模回转产生较大干扰。 展开更多
关键词 自航 回转运动 数学模型方程组 回转性能 三体船 计算流体力学 数值模拟 操纵性
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规则波中船舶运动六自由度数学模型 被引量:60
6
作者 张秀凤 尹勇 金一丞 《交通运输工程学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第3期40-43,共4页
为了提高船舶操纵模拟器的精度,应用船舶操纵性分离建模理论,基于傅汝德-克雷诺夫假设,将船舶近似为箱型船,估算波浪对船舶六自由度运动的干扰力与力矩,并将波浪的干扰力与力矩作为外力与力矩的一部分,叠加到分离型船舶运动数学模型中,... 为了提高船舶操纵模拟器的精度,应用船舶操纵性分离建模理论,基于傅汝德-克雷诺夫假设,将船舶近似为箱型船,估算波浪对船舶六自由度运动的干扰力与力矩,并将波浪的干扰力与力矩作为外力与力矩的一部分,叠加到分离型船舶运动数学模型中,建立了船舶在规则波作用下六自由度船舶运动的数学模型,给出5级海况下船舶全速旋回运动响应的时间历程仿真曲线。仿真结果显示:仿真结果与相关文献结果相近,运动趋势一致,能够满足大型船舶操纵模拟器对船舶运动数学模型仿真的精度要求,同时船舶运动数学模型由3自由度增至6自由度,提高了模拟的逼真度。 展开更多
关键词 船舶操纵性 船舶运动数学模型 规则波 船舶操纵模拟器
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船舶在波浪中运动的六自由度非线性耦合方程 被引量:14
7
作者 袁远 成志军 金咸定 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期541-543,共3页
基于刚体运动学理论 ,将船舶在波浪中的运动分解为平动和绕质心的转动 ,在分析了船舶受力情况的基础上 ,运用质点系相对于质心的动量矩定理和 Newton第二运动定律建立了船舶的六自由度运动的非线性耦合方程 .在建立方程的过程中 ,考虑... 基于刚体运动学理论 ,将船舶在波浪中的运动分解为平动和绕质心的转动 ,在分析了船舶受力情况的基础上 ,运用质点系相对于质心的动量矩定理和 Newton第二运动定律建立了船舶的六自由度运动的非线性耦合方程 .在建立方程的过程中 ,考虑到流体对船舶的影响 ,引入了附加质量和附加惯性矩 .最后利用该方程推导出了常用的船舶运动数学模型 . 展开更多
关键词 船舶运动 横摇 纵摇 艏摇 数学模型 六自由度运动 非线性耦合方程 刚体运动学
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基于MATLAB的船舶运动控制实时仿真研究 被引量:13
8
作者 李文魁 陈永冰 +2 位作者 田蔚风 周永余 周岗 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第19期4424-4427,4433,共5页
针对开发船舶运动控制仿真平台的需要,引入了风、流、浪作用下的船舶三自由度非线性运动模型。通过电路设计和MATLAB软件编程开发了船舶运动控制实时仿真平台,输出实际舵角、航向和船位信号,并实现各种海况下的船舶运动模拟。将该仿真... 针对开发船舶运动控制仿真平台的需要,引入了风、流、浪作用下的船舶三自由度非线性运动模型。通过电路设计和MATLAB软件编程开发了船舶运动控制实时仿真平台,输出实际舵角、航向和船位信号,并实现各种海况下的船舶运动模拟。将该仿真平台与航迹自动操舵仪对接,进行了静水、流和海浪条件下的旋回、螺旋、Z形等多项操纵仿真试验,对非线性以及环境干扰对船舶运动的影响进行了分析。试验表明,该平台设计合理,性能可靠,已成功应用于某新型航迹自动舵的开发项目中。 展开更多
关键词 船舶运动控制 非线性数学建模 MATLAB 实时仿真
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船舶动力定位系统的数学模型 被引量:26
9
作者 童进军 何黎明 田作华 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2002年第5期27-29,共3页
阐述了船舶动力定位系统的发展 ,给出了完整的动力定位系统的船舶低频与高频运动、推力器、风、浪、流等数学模型 。
关键词 动力定位系统 数学模型 船舶 高频运动 低频运动
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基于最小二乘支持向量机的船舶操纵运动建模 被引量:17
10
作者 罗伟林 邹早建 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第13期3381-3384,共4页
基于自由自航船模试验或实船试验的系统辨识方法是一种确定船舶操纵运动水动力导数的有效方法。通过对舵角、漂角、转首角速度等试验数据的分析,用最小二乘支持向量机确定了船舶操纵运动数学模型中的水动力导数及其干扰力系数,其中非线... 基于自由自航船模试验或实船试验的系统辨识方法是一种确定船舶操纵运动水动力导数的有效方法。通过对舵角、漂角、转首角速度等试验数据的分析,用最小二乘支持向量机确定了船舶操纵运动数学模型中的水动力导数及其干扰力系数,其中非线性模型的参数辨识采用了多项式核函数。利用辨识得到的参数进行了操纵运动预报仿真并同自航模试验及实船试验数据对比,数值仿真结果验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 支持向量机 系统辨识 数学模型 船舶操纵性
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基于电子海图的船舶操纵仿真器 被引量:10
11
作者 贾传荧 杨盐生 +2 位作者 蒋维清 谷伟 李志华 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 1994年第2期98-110,共13页
本文主要介绍最近研制的由微机、高分辨率显示器、图形卡、操纵控制箱等组成的基于电子海图船舶操纵仿真器的两个主要技术──船舶操纵数学模型和电子海图技术,最后还介绍了该仿真器在航海实际中的一个应用.在数学模型中,考虑到航海... 本文主要介绍最近研制的由微机、高分辨率显示器、图形卡、操纵控制箱等组成的基于电子海图船舶操纵仿真器的两个主要技术──船舶操纵数学模型和电子海图技术,最后还介绍了该仿真器在航海实际中的一个应用.在数学模型中,考虑到航海实际的需要,提出了一个适合常速、低速和大漂角等各种情况的水动力计算模型以及四象限舵力和浆力的算法.另外,考虑了浅水、岸壁、风、流、浪的影响及附属操纵设备──拖轮、缆绳、锚链等对船舶的作用.本仿真器的电子海图装置,不仅能实时显示船舶所在海域的海图,动态显示船舶的二维俯视图象及运动姿态、航行轨迹,还可根据需要选择性地放大、缩小海图、显示各种岸基设施,并且可以记录模拟过程中的各种数据,制作航迹图的硬拷贝以及在显示器上再现,以供分析研究. 展开更多
关键词 航海 操纵仿真器 电子海图
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基于速度障碍的多船自动避碰控制方法 被引量:14
12
作者 熊勇 贺益雄 黄立文 《中国航海》 CSCD 北大核心 2015年第3期46-51,共6页
传统避碰方法侧重于根据船舶实时位置设计可行的避碰路径,较少考虑结合船舶动力学和船舶运动控制来设计一个完整的自动避碰系统。对此,提出一种实用、基于相对速度方向的自动避碰方法。该方法同时考虑避碰路径规划和本船运动控制,主要包... 传统避碰方法侧重于根据船舶实时位置设计可行的避碰路径,较少考虑结合船舶动力学和船舶运动控制来设计一个完整的自动避碰系统。对此,提出一种实用、基于相对速度方向的自动避碰方法。该方法同时考虑避碰路径规划和本船运动控制,主要包括3个部分:首先,基于运动方程计算本船和目标船的基本运动与位置参数;其次,利用速度障碍方法计算本船实时的可行避碰方向;最后,实现控制变量的变换和控制算法设计。该方法是一个灵活、容易实现的多船避碰控制算法,模拟结果显示其具有较好的效果,并给出了进一步研究的建议。 展开更多
关键词 水路运输 自动避碰 船舶运动数学模型 速度障碍 PID控制
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不均匀流中船舶操纵运动仿真模型及应用 被引量:13
13
作者 杨盐生 方祥麟 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 1998年第1期30-35,共6页
本文给出不均匀流中船舶操纵运动数学模型,研究了在不均匀流中作用于船体上流体动力的估算及不均匀流场的生成,提出了不均匀流中船舶操纵运动的仿真方法。最后介绍了在港口引航实践中的两个仿真应用。
关键词 船舶操纵 数学模型 不均匀流 运动 仿真模型
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游艇模拟器中游艇运动模型研究 被引量:4
14
作者 孙霄峰 尹勇 +1 位作者 周宏宇 张秀凤 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2085-2089,共5页
游艇的运动数学模型是开发游艇模拟器的核心技术之一。根据分离建模思想,建立了游艇的平面运动数学模型。利用平面运动装置通过船模试验测得模型艇的水动力系数,分别计算作用于船体、螺旋桨和舵上的水动力和力矩,利用四阶龙格库塔法对... 游艇的运动数学模型是开发游艇模拟器的核心技术之一。根据分离建模思想,建立了游艇的平面运动数学模型。利用平面运动装置通过船模试验测得模型艇的水动力系数,分别计算作用于船体、螺旋桨和舵上的水动力和力矩,利用四阶龙格库塔法对船舶运动方程进行求解得到船舶运动参数。利用Visual Studio 2010编写了游艇运动的仿真程序,并以三艘游艇为例,进行了游艇的操纵运动仿真。将仿真数据与船模试验数据进行了比对,结果表明所建立的游艇模型能够满足游艇模拟器的精度要求。 展开更多
关键词 游艇 船舶运动数学模型 游艇模拟器 航海仿真
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超大型双桨双舵船舶运动数学模型与虚拟仿真 被引量:12
15
作者 郭晨 焉丽飞 沈海青 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1976-1982 1988,1988,共8页
建立了常速域大洋航行工况下超大型双桨双舵集装箱船舶三自由度运动数学模型。讨论了该船舶模型的旋回试验和Z型试验仿真。将实际船舶操纵过程抽象化,应用虚拟现实技术建立船舶,舵轮、螺旋桨和舵叶局部三维实体模型,通过虚拟场景和响应... 建立了常速域大洋航行工况下超大型双桨双舵集装箱船舶三自由度运动数学模型。讨论了该船舶模型的旋回试验和Z型试验仿真。将实际船舶操纵过程抽象化,应用虚拟现实技术建立船舶,舵轮、螺旋桨和舵叶局部三维实体模型,通过虚拟场景和响应的三维模型来仿真显示船舶姿态和操纵的动态过程。基于Vega API,在MFC框架下,设计并完成大型双桨双舵船舶操纵运动虚拟仿真系统。所生成的船舶操纵仿真系统,可实现场景切换,环境切换、操纵方式切换以及视角切换等功能。可用以完成对船舶运动控制策略的仿真验证和控制算法优化。 展开更多
关键词 双桨双舵船舶 船舶运动 数学模型 虚拟现实 VEGA
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基于a&ω六自由度运动模型的船舶运动参数发生器 被引量:3
16
作者 卞鸿巍 祝中磊 +2 位作者 王荣颖 马恒 文者 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第8期2628-2634,共7页
针对航海模拟器中船舶运动数学模型建立过程过于复杂、仿真的有效性难以验证的问题,结合船舶自身机动特点设计了一种新的船舶运动参数发生器,可生成航海模拟器所需的各船舶运动参数。首先,在响应模型的基础上,建立了基于线加速度和角速... 针对航海模拟器中船舶运动数学模型建立过程过于复杂、仿真的有效性难以验证的问题,结合船舶自身机动特点设计了一种新的船舶运动参数发生器,可生成航海模拟器所需的各船舶运动参数。首先,在响应模型的基础上,建立了基于线加速度和角速度(linear acceleration and angular velocity,a&ω)的船舶运动模型。然后,通过船舶运动微分方程求解了船舶位置、速度、姿态、航向等运动参数信息。最后,提出相似度评估指标并将其应用于基于实测数据的仿真的验证。仿真验证结果表明,船舶运动参数发生器能有效地模拟船舶在多种机动状况下的运动,各船舶运动参数的相似度均在80%以上,是一种有效的航海模拟器的船舶运动模拟仿真研究方法。 展开更多
关键词 航海模拟器 船舶运动数学模型 船舶运动参数发生器 响应模型
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汽车运输船的响应型非线性数学模型 被引量:8
17
作者 张显库 金一丞 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期487-490,共4页
为了建立一个复杂程度适宜、精度满足要求的非线性船舶运动数学模型,用非线性状态空间数学模型做船舶回转试验,采用最小二乘法辨识出船舶的非线性参数,最后用得到的响应型非线性船舶运动数学模型做Z形试验,并与实船试验结果比较.研究结... 为了建立一个复杂程度适宜、精度满足要求的非线性船舶运动数学模型,用非线性状态空间数学模型做船舶回转试验,采用最小二乘法辨识出船舶的非线性参数,最后用得到的响应型非线性船舶运动数学模型做Z形试验,并与实船试验结果比较.研究结果表明,仿真曲线与实船试验曲线符合度较好,与状态空间模型相比,该模型计算比较简单,所得微分方程可保留非线性影响因素,可以满足进行船舶闭环控制系统仿真研究时对模型精度的要求. 展开更多
关键词 交通控制 船舶运动数学模型 状态空间模型 响应型模型 非线性
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基于非均匀流浅水效应的船舶操纵建模与仿真 被引量:7
18
作者 童思陈 唐小娅 张欢 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期866-872,共7页
为更好体现和模拟山区河道的水流条件和船舶航行姿态,在明渠恒定非均匀水流模型基础上,开发了基于浅水效应的3自由度MMG船舶操纵运动数学模型。通过船舶定回转试验和Z型运动模拟结果表明,随着水深吃水比h/d的减小,船舶浅水效应越为突出... 为更好体现和模拟山区河道的水流条件和船舶航行姿态,在明渠恒定非均匀水流模型基础上,开发了基于浅水效应的3自由度MMG船舶操纵运动数学模型。通过船舶定回转试验和Z型运动模拟结果表明,随着水深吃水比h/d的减小,船舶浅水效应越为突出,直航速度越小,定回转直径越大;同时,船舶Z型运动的摆幅越大,运动周期越长,说明船舶的舵效和操纵性能越差。结合工程实例分析表明,本文开发的基于非均匀流和浅水效应的船舶操纵运动数学模型可以应用于工程实际研究,山区河道的船舶操纵运动采用基于浅水效应的模型计算才更加合理和符合实际。 展开更多
关键词 航道工程 非均匀流 浅水效应 船舶操纵性 船舶数学模型
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地效翼船空间运动的数学模型(英文) 被引量:3
19
作者 周谦 徐新发 袁昌华 《船舶力学》 EI 北大核心 2006年第6期27-34,共8页
从地效翼船非线性空间运动方程组出发,借助小扰动线性化理论,并假设初始运动条件为不对称运动(’0≠0,#0≠0),使原来的非线性项变成线性项,但仍然包含纵、横向的干扰,这样得到包含纵、横向干扰的线性空间运动方程组。再根据地效翼船的... 从地效翼船非线性空间运动方程组出发,借助小扰动线性化理论,并假设初始运动条件为不对称运动(’0≠0,#0≠0),使原来的非线性项变成线性项,但仍然包含纵、横向的干扰,这样得到包含纵、横向干扰的线性空间运动方程组。再根据地效翼船的自身特点,给出地效翼船自控系统的控制方程,并对各种干扰(波浪、操纵、其它脉冲干扰输入)信号进行数学描述。最后得到地效翼船的数学模型,可以开展地效翼船的数学仿真研究和地效翼船自控参数的优化研究。 展开更多
关键词 地效翼船 空间运动 数学模型
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船-缆拖曳系统操纵性能分析 被引量:7
20
作者 孙洪波 施朝健 林文锦 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第11期1325-1333,共9页
为获取拖船在拖曳时的操纵性的变化规律。文章采用MMG船舶运动数学模型的建模思想,建立了六自由度拖船运动数学模型,采用有限差分法,建立了拖缆模型。然后,在此基础上建立将船-缆耦合起来以形成整个系统的运动数学模型,并分别采用龙格... 为获取拖船在拖曳时的操纵性的变化规律。文章采用MMG船舶运动数学模型的建模思想,建立了六自由度拖船运动数学模型,采用有限差分法,建立了拖缆模型。然后,在此基础上建立将船-缆耦合起来以形成整个系统的运动数学模型,并分别采用龙格库塔方法对船舶运动积分求解,采用后向差分法对拖缆运动进行求解。通过对比仿真计算分析了水面拖船在拖带过程中的加速性能、旋回性能及偏转抑制性能。仿真结果表明在拖船与拖缆的相互影响下,拖船的加速性能和旋回性能有所下降而偏转抑制性能有所增强。 展开更多
关键词 船舶运动数学模型 有限差分 加速性能 旋回性能 偏转抑制性能
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