[發明專利]一種基于船舶水動力在線預報的船舶減搖控制系統

有效

• 申請號: 201710722280.0
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107600352B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 黃禮敏;段文洋;韓陽;馬學文;王瑞鋒;朱鑫;徐靜;鄭義;吳東偉;陳永博
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B63B39/06
• 分類號: B63B39/06;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于船舶水動力在線預報的船舶運動減搖控制系統，屬于船舶與海洋工程技術領域。本發明利用船舶運動參數實時預報和動平衡思想，通過水動力方程實現船舶水動力的在線自適應預報，進而作為減搖控制的依據。通過傳感器模塊測量的船舶運動參數、水動力在線估計模塊及鰭角分配模塊對船舶運動進行實時、自適應控制，與傳統的減搖控制方法相比自適應性和水動力估算模型更加完善。本發明適用于安裝單對鰭或兩對鰭的船舶，對安裝單對鰭的船舶實現減橫搖和減縱搖兩種功能；對安裝兩對鰭的船舶實現減橫搖、減縱搖和同時減縱?橫搖三種功能，可廣泛用于各種水面船舶的減搖控制，在船舶減搖控制領域中具有良好的應用前景和良好的經濟效益。

技術領域

本發明屬于船舶與海洋工程技術領域，具體涉及一種基于船舶水動力在線預報的船舶減搖控制系統。

背景技術

船舶在海上航行時，由于船舶運動阻尼很小，使得船舶在風浪中會不斷產生六個自由度運動，對船舶航行的性能和安全性帶來很大的影響。其中，橫搖、縱搖、垂蕩三個自由度運動對船舶安全和海上影響較大，過大的橫搖、縱搖以及垂蕩運動會引起波浪砰擊、甲板上浪以及螺旋槳飛車等危險情況，對船舶舒適性、適航性及安全性等各項性能、船上設備、船舶海上作業能力等會產生不利影響。

船舶安全性方面，劇烈縱搖和升沉運動會引起船艏底部的砰擊和甲板上浪。其中，船底砰擊容易導致船體結構的損傷或者破壞，而甲板上浪則可能使艙室進水、甲板上的各類設備受破壞、使工作人員無法在甲板上安全工作。

航行性能方面，過大的船舶縱搖和垂蕩運動容易造成船舶失速，除了使主機功率不能得到充分的利用外，還會引起船體顫振，搖蕩引起的出水現象給船舶的操縱性帶來困難。

船舶作業能力方面，劇烈的搖蕩運動將嚴重削弱船舶的作業能力。劇烈的艦艇搖蕩運動除了影響船載設備的使用性能之外，縱搖和垂蕩運動引起的垂向加速度將會導致船員暈船、身體失去平衡，影響船員的舒適性和作業能力。

因此，對在航行過程中，對船舶運動進行實時控制對于船舶安全和舒適性、提高船員作業能力等具有重要意義。現有的減搖控制方法中，非線性方法由于實時性和自適應性的限制，難以實現實時應用；線性方法中，以PID控制方法應用最為廣泛，但該方法的控制參數整定需依靠經驗和現場調試確定，實時應用中的自適應性存在不足；而LQG控制方法中，則存在水動力估計模型不完善的問題。

鑒于上述問題，本發明提供了一種基于船舶水動力在線預報的船舶運動減搖控制系統，核心是利用船舶運動參數實時預報和動平衡思想由水動力方程實現船舶水動力的在線自適應預報，進而作為減搖控制的依據。

本發明提供的一種基于船舶水動力在線預報的船舶運動減搖控制系統，對安裝單對鰭的船舶能夠實現減橫搖和減縱搖兩種功能；對安裝兩對鰭的船舶能夠實現減橫搖、減縱搖和同時減縱-橫搖三種功能。

目前，國內外并沒有提出相同或者類似的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種減搖控制方法自適應性和水動力估算模型更加完善的基于船舶水動力在線預報的船舶運動減搖控制系統。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明公開了一種基于船舶水動力在線預報的船舶減搖控制系統，包括海洋環境激勵模塊、船體動力模塊、運動姿態測量模塊、船體水動力在線預報模塊及鰭角分配模塊；其具體的實現步驟包括：

(1)海洋環境激勵模塊向船體動力模塊施加作用，使船體不斷產生橫搖、縱搖和垂蕩等六個自由度的運動；通過船舶運動姿態測量模塊中的傳感器實時監測船體橫搖運動的時歷數據η₄(t)、縱搖運動時歷數據η₅(t)和垂蕩運動加速度時歷數據