[發(fā)明專利]一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船舶附加質(zhì)量和附加慣性矩確定方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010800265.5
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN112084574A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王曉原;夏媛媛;姜雨函;朱慎超;王芳涵;張?zhí)m;范成葉
• 申請（專利權(quán)）人: 智慧航海（青島）科技有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06N3/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 張宏偉

1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船舶附加質(zhì)量和附加慣性矩確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟100，利用不同方法求取出同一測試船舶的附加質(zhì)量和附加慣性矩，根據(jù)附加質(zhì)量和附加慣性矩確定附加質(zhì)量和附加慣性矩的參數(shù)區(qū)間和實驗組數(shù)；

步驟200，先建立測試船舶的運動模型，然后轉(zhuǎn)化為線性形式，再進行離散化處理，對測試船舶的運動進行優(yōu)化目標設(shè)計以得到目標函數(shù)，根據(jù)測試船舶的推進器約束配置建立約束條件；

步驟300，根據(jù)運動模型、目標函數(shù)和約束條件在MATLAB中搭建測試船舶動力定位系統(tǒng)的仿真模型，根據(jù)確定的權(quán)重矩陣的組數(shù)，對仿真模型進行對應(yīng)數(shù)量的測試，以計算各組測試中實際路徑與規(guī)劃路徑的偏差，然后選擇出該測試船舶的最優(yōu)參數(shù)方案；

步驟400，重復(fù)步驟100-300，計算出多艘不同船型船舶的最優(yōu)參數(shù)方案，然后以所有最優(yōu)參數(shù)方案作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，得到目標元素的基本概率分配值，基于基本概率分配值即可計算出任意船舶的附加質(zhì)量和附加慣性矩。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定方法，其特征在于，

所述步驟100中的不同方法包括回歸公式法、振蕩試驗法和幾何方法。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的確定方法，其特征在于，

所述回歸公式法求取附加質(zhì)量的公式如下所示：

所述回歸公式法求取附加慣性矩的公式如下所示：

式中，m為待測船舶質(zhì)量；m_x、m_y為縱蕩、橫蕩的附加質(zhì)量，J_z為附加慣性矩。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的確定方法，其特征在于，

所述振蕩試驗法求取附加質(zhì)量值的步驟如下：

步驟110，將質(zhì)量為m的船模置于水箱中，船模前端通過連桿與彈性系數(shù)為C的平板彈簧相連，后端剛性地固定在試驗臺上；

步驟111，讓船模-連桿做縱向無阻尼振蕩，根據(jù)無阻尼振蕩系數(shù)的振蕩圓頻率與彈性系數(shù)C和質(zhì)量m的關(guān)系，確定振蕩周期計算公式；

步驟112，設(shè)連桿的質(zhì)量為m₀，測定的振蕩周期為T₀；船模與連桿連接后質(zhì)量為m₀+m，在空氣中振蕩試驗，測定的振蕩周期為T₁；船模與連桿在水中進行振蕩試驗，其總質(zhì)量為m₀+m+m_x，測定的振蕩周期為T₂；

步驟113，根據(jù)振蕩周期計算公式，通過消除連桿的質(zhì)量m₀和彈性系數(shù)C即可得到船模附加質(zhì)量m_x；重復(fù)步驟110-113，僅改變船模-連桿做橫向無阻尼振蕩，從而可得到附加質(zhì)量m_y；重復(fù)步驟110-113，僅改變船模-連桿做艏搖無阻尼振蕩，從而可得到附加慣性矩J_Z。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的確定方法，其特征在于，

所述幾何方法求取附加質(zhì)量和附加慣性矩的公式如下所示：

步驟120，將測試船舶近似的看作橢圓回轉(zhuǎn)體，其長軸取船長，短軸取吃水的兩倍，根據(jù)船體形狀與橢圓回轉(zhuǎn)體的區(qū)別，通過亞柯比修正公式計算出測試船舶的修正附加質(zhì)量；

步驟121，根據(jù)船體形狀首尾不對稱而與橢圓回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生的差別，再利用亞柯比修正公式對附加慣性矩進行修正，最終得到修正的附加慣性矩。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定方法，其特征在于，

所述步驟200中，建立運動模型的過程如下：

首先建立非線性的船舶運動模型，表示如下：

將非線性運動模型轉(zhuǎn)換為向量函數(shù)的形式：

式中，M表示系統(tǒng)慣性矩陣，D為水動力線性阻尼系數(shù)矩陣，v表示速度矩陣，表示加速度矩陣，τ表示控制力，ω表示環(huán)境干擾力引起的矩陣，將建立的運動模型轉(zhuǎn)化為的形式，可表示為：

將建立的運動模型在參考狀態(tài)點展開，成為線性形式：

式中，v_r為期望航速，τ_r為期望推力。