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基于海上波浪补偿系统的船舶运动姿态检测与预测技术研究
| 论文题名： | 基于海上波浪补偿系统的船舶运动姿态检测与预测技术研究 |
| 关键词： | 船舶运动姿态;预测模型;自回归模型;神经网络模型;波浪补偿系统;上位机软件 |
| 摘要： | 海上波浪补偿系统是针对船舶在各级海况下的运动进行补偿的装置，通过检测船舶的运动姿态，执行机构做出相应的补偿动作，使工作平台在受到船舶运动扰动时的六自由度运动大幅度降低，提高海上作业的效率和安全性。另一方面，为了提升海上波浪补偿系统的补偿实时性，有必要对船舶运动姿态进行短期预测。本文对基于海上波浪补偿系统的船舶运动姿态检测和预测技术进行了研究。 首先针对船舶运动姿态检测这一问题，采取高精度姿态传感器的方案对船舶运动姿态进行检测，对姿态传感器中加速度二次积分得到位移这一工程难题进行研究。推导了不同积分算法的原理，分析积分误差的产生原因。针对低频信号如何处理的问题，对频域积分进行改进，设计了一种基于低频抑制的积分算法对加速度信号进行积分。 然后对船舶运动姿态短期预测算法进行研究。首先对基于自回归模型的预测算法和基于NAR神经网络模型的预测算法进行研究，然后针对这两种预测模型在不同的应用场景下的优点，构建一种AR-NAR组合预测算法，对船舶运动姿态进行短期预测。 由于自回归模型在对复杂海况下的非线性非平稳船舶运动姿态进行预测时的局限性，引入经验模态分解对船舶运动时间序列进行平稳化处理。为解决EMD中的端点效应问题，设计了一种基于局部特征加权的端点延拓法。最后构建了基于改进的EMD-AR组合预测算法，当实际工程信号中有非平稳成分时，提高了自回归模型的预测精度。 最后在一个基于Stewart运动平台的船舶波浪补偿系统实验平台的基础上，设计开发了船舶波浪运动补偿系统的检测系统上位机软件，完善了波浪补偿系统实验平台的功能。设计实验，使用该上位机软件验证本文所述积分算法的工程有效性，对比不同积分算法之间的积分精度。 |
| 作者： | 余缜 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 李军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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