基于平滑周期图的船舶横摇运动建模预报

论文摘要

由于受到海浪、海风及其他干扰的影响,船舶产生了六自由度的复杂运动,具有很强的随机性,影响了船舶的平稳航行,因此有必要对船舶运动姿态进行建模预报,这对船舶航行和有效控制是十分重要的。本文以船舶为对象,对船舶运动姿态进行建模,然后用所建模型对船舶运动姿态进行预报。首先,应用切片理论得到船舶运动六自由度水动力微分方程,建立横摇状态空间模型,分析了运动模型的稳定性。然后,分析周期图用在船舶建模预报中的实用性,同时分析了周期图在船舶建模预报中存在的一些问题并找出问题的原因,对周期图法进行了改进。最后,研究在随机海浪扰动下的船舶运动姿态,采用改进的平滑周期图方法,对船舶运动姿态进行建模预报,得出预报曲线,并对预报结果分析总结。比较平滑周期图算法与直接周期图算法的预报精度,分析两种方法的算法复杂度及两种算法的可实现性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 课题目的和意义
• 1.3 船舶运动姿态建模预报研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 船舶运动数学模型的建立
• 2.1 船舶运动坐标系
• 2.2 船舶六自由度运动方程的建立
• 2.2.1 船舶运动研究的理论基础
• 2.2.2 船舶运动受力分析
• 2.2.3 船舶六自由度运动方程
• 2.2.4 船舶运动水动力系数分析
• 2.3 船舶横向运动分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 周期图及平滑周期图算法
• 3.1 问题的提出
• 3.2 周期图的引入
• 3.3 周期图算法
• 3.4 周期图算法的性能分析
• 3.4.1 周期图估计的平均值
• 3.4.2 周期图谱估计的方差
• 3.4.3 谱分辨率与“谱泄露”
• 3.5 平滑周期图算法
• 3.5.1 窗函数法
• 3.5.2 平均法
• 3.5.3 Welch法
• 3.6 本章小结
• 第4章 平滑周期图用于船舶运动姿态建模预报
• 4.1 FFT在周期图中的应用
• 4.2 DFT运算的特点
• 4.3 时间抽取（DIT）基2 FFT算法
• 4.3.1 算法的原理
• 4.3.2 算法的讨论
• 4.4 FFT在周期图应用中应注意的事项
• 4.5 平滑周期图建模预报的步骤
• 4.6 平滑周期图建模预报应考虑的因素
• 4.7 仿真计算及结果
• 4.7.1 仿真程序框图
• 4.7.2 原始数据
• 4.7.3 仿真结果
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录 A 船模水池实验横摇测试数据
• 附录 B 基于增广方程的船舶横向运动仿真程序
• 附录 C 船舶横摇建模预报程序（0—9秒）