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基于伪随机序列输入的船舶MMG模型水动力参数辨识
| 论文题名： | 基于伪随机序列输入的船舶MMG模型水动力参数辨识 |
| 关键词： | 分离式船舶运动模型;系统辨识;水动力参数;最小二乘法;伪随机序列 |
| 摘要： | 目前，随着国家海洋强国战略的不断推进，船舶在运输、科研、军事等领域中承担的任务越来越多，工作环境也愈加复杂，这就对船舶运动控制技术提出了更高的要求。一般来讲，先进船舶运动控制算法的研究离不开能够充分反应船舶运动特性的数学模型，而模型建立的关键就在于获取船舶水动力参数。本文针对三自由度船舶运动模型中水动力参数的获取提出了一种新的辨识方法。 （1）对船舶分离型与整体型模型的建立方法以及模型中各个参数的意义进行了详细介绍，由于分离型模型中参数物理意义更加明确，便于工程应用，本文选取分离型模型开展后续研究，并在X-swapping方法的帮助下，将船舶运动模型转换为在未知水动力参数处线性的形式，为后续的辨识算法以及辨识输入的研究奠定了基础。 （2）引入了一种先进的辨识算法，该辨识算法通过使用协方差矩阵的最大特征值作为激励水平的指标并建立了在最小二乘法与梯度法之间切换的策略，可以在激励条件未知情况下实现对船舶运动模型中未知参数的准确辨识，解决了船舶辨识试验中常见算法的效果依赖于难以保证的持续激励条件的问题。接下来，基于伪随机信号设计了一种新型的船舶运动试验用于辨识。所设计的试验使用两个不同的伪随机信号分别驱动螺旋桨及舵，能够充分的激发船舶运动特性，有益于辨识效果的提高。同时在考虑实际船舶执行机构所受的物理限制的基础上，对试验中所用的伪随机信号进行了卷积平滑处理，使所设计的输入信号能够符合船舶执行机构实际工作要求，更易应用到实际工程中。为了说明所提方法的有效性和优越性，使用Simulink软件搭建了仿真模型，进行了仿真试验。 （3）搭建了船舶试验平台，进行了船舶试验。对平台使用的主要设备以及试验流程进行了详细介绍，使用TwinCAT软件编写了下位机控制程序，并使用QT完成了上位机人机交互界面的设计，通过无线数传模块实现了上位机与下位机之间的通讯，并使用上位机记录了辨识所需的数据。通过建立运动模型对试验船舶运动进行预报的方式来说明所用辨识算法的有效性。 仿真试验的结果说明了文中引入的辨识算法能够实现对船舶运动模型中的水动力参数的准确辨识，并且所设计的基于伪随机序列的辨识输入可以有效地提高辨识效率。船舶试验的结果进一步证明了文中所引入的辨识算法的有效性。 |
| 作者： | 赵英涵 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 吴金波;曹和云 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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