[發明專利]一種基于系統辨識的實船操縱性指數辨識方法及裝置

有效

• 申請號: 202010150492.8
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111413886B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 田延飛;周欣蔚;張洪剛;溫小飛;王捷
• 申請（專利權）人: 浙江海洋大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京國翰知識產權代理事務所(普通合伙) 11696
• 代理人: 吳勝平

本發明公開一種基于系統辨識的實船操縱性指數辨識方法及裝置，屬于船舶工程、航海科學與技術領域，包括硬件系統和軟件系統兩部分組成，其辨識方法步驟包括實船輸入輸出數據采集、數據處理、啟動辨識與結果輸出。本發明采用并聯形式采集數據，并對系統模型公式進行優化減少響應時間、抗干擾能力強、可獲得更加精確穩定的結果，而模塊化封裝設計使結構與流程清晰明了，可用于船舶運動建模、校核，完成了從理論到實際應用的轉化，使船舶運動建模步驟簡化、效率更高、數據采集更加準確迅速，同時減少了大量繁瑣的人工操作方式方法，大大降低人力成本及時間成本，減少出錯率，并能夠實現人機交互、適合各種海況、操作便捷、普及性高。

技術領域

本發明屬于船舶工程、航海科學與技術領域，具體涉及一種基于系統辨識的實船操縱性指數辨識方法及裝置。

背景技術

船舶操縱運動數學模型具有廣泛的使用需求和技術標準，為推進船舶運動模型、船舶運動建模技術的研究與發展，以滿足理論需要和工程需要，對船舶運動建模工作任務、工作內容、工作質量、工作效率與技術手段等提出了要求。在實際工作中發現，專門針對船舶運動建模與分析的自動化、智能化技術和應用系統較少，船舶運動建模步驟繁瑣、效率較低且不能很好的適應多樣化海況。建模與參數辨識的算法多是在理論層面的應用，未形成方便實用的應用系統，使得船舶運動建模、校核缺乏操作便捷的工具，工作中仍需大量人工操作，存在任務多、環節多、效率低的現象。本發明為解決上述問題提出一種基于系統辨識的實船操縱性指數辨識方法及裝置，其集軟件與硬件于一體，對滿足船舶操縱性預報、船舶運動自動控制系統優化以及航海或海事仿真系統的建設等具有重要作用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于系統辨識的實船操縱性指數辨識方法及裝置，可用于船舶運動建模、校核，解決了船舶運動建模與分析的自動化、智能化技術和應用系統較少的情況，并對系統模型公式進行優化減少響應時間、抗干擾能力強、可獲得更加精確穩定的結果；采用并聯形式獲取實船操縱運動輸入輸出數據，處理功能綜合模塊化設計、封裝復雜算法、結構與流程清晰、人工交互便于操作，簡化船舶運動建模步驟、操作便捷、效率更高、適合各種海況，同時解決了大量繁瑣的人工操作方式，減少出錯率，大大降低人力及時間成本。

本發明為實現上述目的所采取的技術方案為：一種基于系統辨識的實船操縱性指數辨識的方法包括如下步驟：

步驟一：實船輸入輸出數據采集

數據采集系統基于與實船并聯的傳感器設備自動對實船運動狀態數據進行采集并存儲于上位機存儲器。

步驟二：數據處理

上位機處理器對步驟一存儲數據進行預處理，處理數據作為上位機軟件系統辨識的輸出數據；系統根據運動模型類別確定船舶操縱待辨識參數；并采用蝙蝠算法進行參數辨識，待辨識參數的目標函數J為：

式中，ω_k為誤差擾動權重系數，k為觀測時刻，n為觀測樣本數量，ψ_O為觀測的系統輸出，為使用辨識所得參數的模型輸出。

步驟三：啟動辨識及結果輸出

對步驟二系統進行初始設置及辨識過程控制，使辨識過程及結果可視化并保存于上位機存儲器中，遠程發送相關數據控制實船操縱狀態。

該方法采用新公式確定誤差準則和參數辨識結果，使所得辨識結果響應時間大大縮短，快速達到穩定狀態，且采用該新公式與傳統最小二乘原理所得結果相比抗干擾能力強、相對更加精確穩定，有利于船舶實時控制。

作為優選，步驟一定義并使用如下兩個坐標系：