[發(fā)明專利]一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)的水池內(nèi)造畸形波的智能方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010016991.8
• 申請(qǐng)日: 2020-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN111141483B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李焱;謝芃;尹天暢;趙志娟;夏妮;祁宣博;魏高龍;劉曉毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00;G06N3/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)的水池內(nèi)造畸形波的智能方法，所采用的裝置包括造波機(jī)(1)和浪高儀(5)，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案和造波機(jī)(1)內(nèi)置的隨機(jī)波波譜、畸形波(3)的形式，選定有義波高H_s、周期T，生成波浪譜靶譜S₁(f)和造波機(jī)運(yùn)動(dòng)幅值靶譜S₂(f)；

步驟2，根據(jù)波浪譜靶譜S₁(f)，采用畸形波的數(shù)值造波模塊(2)，基于隨機(jī)選取的波元和隨機(jī)生成的相位角，生成數(shù)值畸形波，并統(tǒng)計(jì)數(shù)值畸形波的相關(guān)參數(shù)，同時(shí)得到數(shù)值畸形波的波面時(shí)歷η(t)；

步驟3，采用畸形波的數(shù)值造波模塊(2)，將造波機(jī)運(yùn)動(dòng)幅值靶譜S₂(f)反演為造波機(jī)運(yùn)動(dòng)預(yù)設(shè)時(shí)歷a(t)；

步驟4，將造波機(jī)運(yùn)動(dòng)預(yù)設(shè)時(shí)歷a(t)輸入造波機(jī)內(nèi)置控制模塊(4)，采用造波機(jī)(1)內(nèi)置的演化模塊，模擬生成演化畸形波，并得到演化畸形波的波面時(shí)歷η_s(t)；

步驟5，采用畸形波檢驗(yàn)?zāi)K(8)檢驗(yàn)演化畸形波和數(shù)值畸形波的誤差，得到滿足實(shí)驗(yàn)要求的演化畸形波和造波機(jī)運(yùn)動(dòng)預(yù)設(shè)時(shí)歷；

步驟6，將滿足實(shí)驗(yàn)要求的造波機(jī)運(yùn)動(dòng)預(yù)設(shè)時(shí)歷輸入造波機(jī)內(nèi)置控制模塊(4)，控制造波機(jī)(1)在波浪水池(6)中造出實(shí)測(cè)畸形波，實(shí)時(shí)記錄實(shí)測(cè)畸形波的波面時(shí)歷η^*(t)，并統(tǒng)計(jì)實(shí)測(cè)畸形波的相關(guān)參數(shù)；

步驟7，重新選取波元并重新生成相位角，重復(fù)步驟2至步驟6，記錄若干組數(shù)值畸形波和實(shí)測(cè)畸形波的波面時(shí)歷，形成學(xué)習(xí)的訓(xùn)練樣本庫；

步驟8，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對(duì)智能化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)系統(tǒng)(7)進(jìn)行訓(xùn)練；

步驟9，對(duì)訓(xùn)練好的智能化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)系統(tǒng)(7)進(jìn)行測(cè)試；

步驟10，將通過測(cè)試的智能化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)系統(tǒng)(7)用于畸形波(3)的造波與預(yù)測(cè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)的水池內(nèi)造畸形波的智能方法，其特征在于，步驟2中，采用所述的畸形波的數(shù)值造波模塊(2)生成數(shù)值畸形波，并統(tǒng)計(jì)數(shù)值畸形波的相關(guān)參數(shù)，包括：

步驟2-1，將波浪譜靶譜S₁(f)的頻率離散成M份，形成離散的頻率集合F；

步驟2-2，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)值畸形波的聚焦時(shí)刻t_c、聚焦位置x_c，在頻率集合F中隨機(jī)選取其中一部分頻率對(duì)應(yīng)波元，采用隨機(jī)頻率相位角調(diào)制法，設(shè)定所選取的頻率所對(duì)應(yīng)的波元的初始相位角其余頻率所對(duì)應(yīng)的波元的相位角從[0,2π]區(qū)間內(nèi)隨機(jī)選取且服從均勻分布，構(gòu)成與頻率集合F中的頻率元素一一對(duì)應(yīng)的相位角集合Φ；

步驟2-3，基于Longuet-Higgins波浪模型，采用傅里葉級(jí)數(shù)疊加方法，將波浪譜靶譜S₁(f)反演生成數(shù)值畸形波，按照公式(1)至公式(4)統(tǒng)計(jì)數(shù)值畸形波的相關(guān)參數(shù)：

a₁＝H_max/H_s (1)

a₂＝H_max/H₁ (2)

a₃＝H_max/H₂ (3)

a₄＝η_max/H_max (4)

式中，a₁、a₂、a₃和a₄為數(shù)值畸形波的四個(gè)判定參數(shù)；H_max為瞬時(shí)最大波高；H₁和H₂為與數(shù)值畸形波波峰相鄰的兩個(gè)波的波高，其中，H₁在數(shù)值畸形波之前，H₂在數(shù)值畸形波之后；η_max為數(shù)值畸形波波峰的高度。