[發明專利]一種基于神經網絡的船舶附加質量和附加慣性矩確定方法

在審

• 申請號: 202010800265.5
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN112084574A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 王曉原;夏媛媛;姜雨函;朱慎超;王芳涵;張蘭;范成葉
• 申請（專利權）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權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 張宏偉

本發明提供一種基于神經網絡的船舶附加質量和附加慣性矩確定方法，首先利用不同方法求取出同一測試船舶的附加質量，確定其參數區間和實驗組數；再建立測試船舶的運動模型并得到目標函數和約束條件；然后在MATLAB中搭建測試船舶動力定位系統的仿真模型，根據確定的權重矩陣的組數進行測試，并得到最優參數方案；重復前述過程計算出多艘不同船型船舶的最優參數方案作為神經網絡的訓練樣本，利用得到的基本概率分配即可計算出任意船舶的附加質量和附加慣性矩。本發明具備自學習能力，通用性和概括性更好，可滿足不同類型船舶確定附加質量的需要。

技術領域

本發明涉及船舶領域，特別涉及一種利用多種船型的仿真測試數據作為神經網絡的訓練樣本，進而得到任意船舶附加質量和附加慣性矩的確定方法。

背景技術

要準確地預報船舶在波浪中的運動性能，關鍵的問題之一就是船舶附加質量與阻尼系數的準確確定。船舶運動時的附加質量與阻尼和船舶周圍的流體流動特性密切相關。目前，船舶在波浪中運動性能預報的理論方法有很多，包括切片理論、細長體理論、三維頻域理論及其各種改進方法等。這些理論方法基本上都是基于線性勢流理論建立起來的，但由于線性勢流理論的局限性，很難考慮黏性和非線性的影響，如果不加修正的話，船舶運動的預報精度就很差。

目前，船舶的附加質量與阻尼的實驗方法主要分為：①船舶搖擺的自由衰減實驗，實驗結果只能給出在共振頻率處的船舶附加質量和阻尼，缺乏頻率的相關性；②船舶的強迫振蕩運動實驗，雖能給出多個頻率下的附加質量和阻尼，但實驗結果的分析仍然會受子樣的限制，另外船模的強迫振蕩運動對實驗設備、測試系統要求較高。

而且基于各種方法得到的附加質量，均存在不同程度的誤差，但缺少標準方法作為參考，難以對各個方法得到的附加質量值的精確度做出評價，進而無法選擇最優的附加質量，作為船舶運動控制的參數。

發明內容

本文發明的目的是提供及一種利用多種船型的仿真測試數據作為神經網絡的訓練樣本，進而得到任意船舶附加質量和附加慣性矩的確定方法。

具體地，本發明提供一種基于神經網絡的船舶附加質量和附加慣性矩確定方法，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量和附加慣性矩，根據附加質量和附加慣性矩確定附加質量和附加慣性矩的參數區間和實驗組數；

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

步驟300，根據運動模型、目標函數和約束條件在MATLAB中搭建測試船舶動力定位系統的仿真模型，根據確定的權重矩陣的組數，對仿真模型進行對應數量的測試，以計算各組測試中實際路徑與規劃路徑的偏差，然后選擇出該測試船舶的最優參數方案；

步驟400，重復步驟100-300，計算出多艘不同船型船舶的最優參數方案，然后以所有最優參數方案作為神經網絡的訓練樣本，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量和附加慣性矩。

在本發明的一個實施方式中，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。

在本發明的一個實施方式中，所述回歸公式法求取附加質量的公式如下所示：

所述回歸公式法求取附加慣性矩的公式如下所示：

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

在本發明的一個實施方式中，所述振蕩試驗法求取附加質量值的步驟如下：