动力定位供应船水动力导数估算方法与系统辨识研究
随着海洋开发的不断深入和广泛开展，船舶动力定位技术的需求日趋增大。作为船舶定位控制技术，船舶运动数学模型的研究与建立占有重要地位。当模型结构已定，如何获取模型中的参数（水动力导数）成为关键问题。动力定位技术应用的主流船型为海洋工程供应船（Supply Vessel），对于这一类尾部安装呆木的船型，其水动力导数的研究目前仍不多见。论文从快速实用的角度出发，研究了供应船部分线性水动力导数的估算公式，并对利用系统辨识方法求取水动力导数进行了探讨与研究。 本研究在水动力导数估算方法方面，基于Fluent计算流体力学应用软件，数值计算标模KVLCC2水动力并与试验数据进行对比，以验证采用的CFD方法的有效性。然后以75米供应船作为母型船，通过船型变换得到不同船型参数和呆木参数的系列供应船，再数值计算系列供应船在不同工况下所受的水动力，通过数据后处理得到对应工况下的水动力导数，并对供应船纯横荡运动流场现象进行分析。同时也分析了主要船型参数对于位置水动力导数和加速度导数的影响规律。最后，通过多元线性回归分析得到了线性水动力导数关于船型参数和呆木参数的回归公式。在系统辨识方面，对一艘210000DWT油船的Z形操舵实验进行仿真，得到辨识算法需要的参数序列；并在MATLAB平台上编制最小二乘（LS）辨识程序。然后选取采样时间间隔不同或者样本总数不同的的样本数据，结合LS方法进行辨识研究。将辨识所得水动力导数与试验水动力导数进行对比，验证了LS方法应用于水动力导数辨识的可行性与有效性，并根据仿真数据辨识得出以下结论：对于周期性过程，在取满一个周期的样本之后，继续增加样本点，辨识数值改变不大。即辨识值与试验值的误差水平只依赖于采样间隔，相邻两个样本数据差异较大，辨识结果更为准确，若相邻数据差异较小，则辨识结果误差较大。在仿真辨识之后，进一步进行了试验数据的辨识研究。试验数据为SIMMAN2008公布的标模KVLCC2 Z形自航试验，辨识所得结果符合物理规律和一般结论。通过对系列供应船操纵运动的数值模拟得到部分线性水动力导数的回归公式，为快速估算动力定位供应船的水动力导数提供了一种参考方法；系统辨识研究为进一步根据实船的海试数据得到船舶水动力导数和在线辨识进行了前期探索。
船舶操纵;动力定位;船体浮态;水动力学
武汉理工大学
硕士
船舶与海洋结构物设计制造
罗薇
2014
中文
U664.82;U661.1
82
2015-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）