[發明專利]一種基于積分法的艏搖響應參數向量估計方法

有效

• 申請號: 201910185374.8
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109747776B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 王磊峰;廖煜雷;潘愷文;李曄;賈琪;李姿科;李可;沈海龍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B63B71/00
• 分類號: B63B71/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種基于積分法的艏搖響應參數向量估計方法，屬于船舶操縱性建模技術領域，適用于艦船或波浪滑翔器。本方法首先設置積分區間的時間長度L，將操縱響應方程對時間積分，得到積分的操縱響應方程；之后根據操縱響應方程設置參數向量與狀態向量，然后設置準則函數，利用權重系數調節內部參數的相對權重；之后將準則函數關于當前時刻參數向量的估計值求極小值，加入步長因子，得到遞推形式的當前時刻參數向量的估計值；最后重復以上步驟，直至收到估計過程結束指令。本發明可在艦船航行過程中實時修正艏搖響應參數向量，獲取實時變化的艦船或波浪滑翔器的艏搖響應參數，相比已有技術在快速性、便利性、適用范圍等方面具有顯著優勢。

技術領域

本發明屬于船舶操縱性建模技術領域，具體涉及一種適用于艦船或波浪滑翔器的基于積分法的艏搖響應參數向量估計方法。

背景技術

對于海洋航行器而言，對其進行動力學分析和控制方法研究，建立準確的操縱性數學模型是必要的基礎。一般而言，水面船舶的操縱性分析往往采用拉格朗日方法等動力學方法建立動力學方程，利用水動力系數與運動狀態量表達水動力，從而建立機理模型。然而，水動力的計算一般采用經驗公式，利用數值模擬方法計算，或進行約束船模試驗。這樣得到的結果存在誤差，或僅在特定工況下具有較高精確性，實用性尚有不足。

研究領域內學者針對艦船的艏搖自由度，提出一種艦船操縱響應方程，也稱為KT方程，該方程相比機理建模方程較為簡潔，易于通過參數辨識的方法獲得模型參數值，避免了復雜但精確性難以保證的水動力計算。常用的做法是進行特定操縱性試驗，采集樣本數據，之后通過系統辨識算法，包括最小二乘法、智能算法等，得到船舶的艏搖響應參數。采集樣本數據和系統辨識獲得艏搖響應參數在時間上是相互分離的，人們只能等待航行過程結束之后才能獲得艏搖響應參數，并且無法保證下次航行時船舶的艏搖響應參數與采集樣本數據時的工況一致。

本發明提供的一種基于積分法的艏搖響應參數向量估計方法，在采集樣本數據的同時不斷修正艦船或波浪滑翔器艏搖響應參數向量的估計，具有實時性，相比已有方法具有顯著進步。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于積分法的艏搖響應參數向量估計方法，適用于艦船或波浪滑翔器，根據艦船或波浪滑翔器航行過程中的艏向角、轉艏角速度和舵角信息修正參數向量，獲取實時變化的艦船或波浪滑翔器艏搖響應參數。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明提出了一種基于積分法的艏搖響應參數向量估計方法，主要通過以下步驟實現：

(1)設置積分區間的時間長度L；

(2)將操縱響應方程對時間積分，得到積分的操縱響應方程，積分區間為距當前時刻時間長度為L的區間，積分下限為積分上限為其中為當前時刻；其中，忽略積分區間內操縱響應方程需要估計的艏搖響應參數的變化，將需要估計的艏搖響應參數視為常數；

(3)根據積分的操縱響應方程設置參數向量P與狀態向量Y；其中，參數向量P為列向量，包含操縱響應方程中所有待估參數；所述狀態向量Y為列向量，使積分的操縱響應方程滿足其中為當前時刻艏向角，ψ₀為時刻的艏向角；

(4)設置準則函數其中，為當前時刻參數向量P的估算值，為的轉置，為上一時刻參數向量P的估計值，μ為權重系數且μ＞0；

(5)對準則函數J關于求極小值，加入步長因子λ，遞推修正其中，λ為步長因子且λ＞0；

(6)返回步驟(5)，直至收到估計過程結束指令。

優選的，所述的操縱響應方程為一階方程。

優選的，所述的操縱響應方程為一階線性KT方程其中，T和K為需要估計的艏搖響應參數，r為轉艏角速度，為轉艏角加速度，δ為舵角，則參數向量P＝[T,K]^T，狀態向量其中，為當前時刻的轉艏角速度，r₀為時刻的轉艏角速度。