船舶4自由度响应型数学模型的研究

论文摘要

船舶在航行时经常会遭遇到恶劣天气及大风浪,产生剧烈横摇。剧烈的横摇不仅降低了船舶的抗风能力,影响船载设备的正常工作,还会造成货物损害或船舶损害甚至引发海难。因此,研究考虑船舶横摇的数学模型就显得尤为重要。目前,国际上发展较为完善、应用较为广泛的船舶水动力数学模型大致可分为Abkowitz提出的非线性数学模型和日本的MMG模型(分离型数学模型)两类。由于建立Abkowitz提出的非线性数学模型必须获得数十个水动力导数,计算非常复杂；而要建立日本学者较为推崇的MMG模型则必须通过大量经验公式或图表才能获得各种力和力矩,过程也较为复杂,所以建立相对简单的考虑船舶横摇的船舶4自由度响应型数学模型是非常必要的。本文在研究的过程中,创新性地把数据复合滤波技术引入到了船舶回转试验横摇角测试数据的处理过程中；采用类比建模的方法建立了船舶横摇响应型数学模型,并首次提出了船舶横摇指数K1、T1的概念；然后,对横摇指数K1、T1进行了多元回归分析,得到了两个最优回归公式；最后,联立Nomoto模型和船舶横摇数学模型即得到船舶4自由度响应型数学模型。本文首先通过编写复合滤波的Matlab程序,对船舶横摇角实测数据进行了处理,效果较为理想；然后利用统计分析软件SPSS 17.0对船舶横摇指数K1、T1进行了回归分析,通过观察回归方程的复相关系数R值及显著性概率值P值可以发现,回归方程的数据拟合程度较好,精度经验证也符合要求,具有一定的实用价值。本文最终建立的船舶4自由度响应型数学模型比传统的船舶水动力数学模型更为简捷方便,且精度基本能满足要求。由于本文在进行船舶横摇建模的时候,采用的是类比的方法将输入舵角6对于输出横摇角ψ的响应型模型简化为一阶惯性系统,精度不高,但因为只有两个参数,模型较为简捷。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 船舶操纵运动数学模型研究综述
• 1.2.2 响应型船舶模型的研究综述
• 1.2.3 SPSS回归分析的应用现状
• 1.3 论文的结构
• 第2章 基础理论
• 2.1 船舶运动线性数学模型
• 2.2 响应型船舶运动数学模型
• 2.2.1 三阶线性响应模型
• 2.2.2 Nomoto模型
• 2.2.3 船舶横摇响应型数学模型
• 2.3 回归及回归分析的概念
• 2.3.1 多元线性回归模型
• 2.3.2 多项式回归模型
• 第3章 "育鲲"轮横摇响应型模型及横摇指数的回归分析
• 3.1 滤波及测试数据滤波技术
• 3.2 船舶横摇测试数据的处理及精度验证
• 3.3 "育鲲"轮横摇测试数据的处理及横摇建模
• 1的回归分析'>3.4 船舶横摇指数K₁的回归分析
• 3.4.1 变量的选取
• 3.4.2 多项式回归模型的构造
• 1的最优回归方程的分析'>3.4.3 K₁的最优回归方程的分析
• 1的回归分析'>3.5 船舶横摇指数T₁的回归分析
• 1,T₁精度验证及误差分析'>3.6 船舶横摇指数K₁,T₁精度验证及误差分析
• 第4章 船舶4自由度响应型数学模型
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历