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原文传递变稳船

专利名称：	变稳船
摘要：	本发明提供一种变稳船，包括模拟船体，以及在模拟船体上设置的数值模拟系统、智能控制系统、动力系统和数据采集系统；数值模拟系统将目标船舶实时运动状态作为变稳船整体构架的输入数据，通过船舶运动动力预测模型分析出目标船舶在六自由度上的受力情况，运用船舶运动动力转换模型将目标船舶的整体受力转换为变稳船的六自由度等效受力情况，预测变稳船六自由度上的动力输出值；智能控制系统计算当前状态下动力系统的转速和方向角调整的最佳方案，根据数据采集系统采集的参数，对动力系统的输出参数进行反馈修正。本发明首次提出变稳船的概念，为船舶人工智能驾驶程序提供通用的验证平台。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉理工大学
发明人：	刘佳仑;马枫;严新平
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910237717.0
公开号：	CN109911110A
代理机构：	湖北武汉永嘉专利代理有限公司
代理人：	王丹
分类号：	B63B9/08(2006.01);B;B63;B63B;B63B9
申请人地址：	430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
主权项：	1.一种变稳船，其特征在于：它包括模拟船体，以及在模拟船体上设置的数值模拟系统、智能控制系统、动力系统和数据采集系统；其中，所述的动力系统用于模拟待模拟的目标船舶的推进与转向；所述的数据采集系统用于实时采集变稳船在航行过程中的推进参数和六自由度上的实时运动参数；所述的数值模拟系统，用于将待模拟的目标船舶实时运动状态作为变稳船整体构架的输入数据，通过船舶运动动力预测模型分析出目标船舶在六自由度上的受力情况，再运用船舶运动动力转换模型将目标船舶的整体受力转换为变稳船的六自由度等效受力情况，预测变稳船六自由度上的动力输出值；所述的智能控制系统，用于根据所述的变稳船六自由度上的动力输出值，计算当前状态下动力系统的转速和方向角调整的最佳方案，转换成相应的输出信号传递给动力系统；同时根据数据采集系统采集的变稳船在航行过程中的推进参数和六自由度上的实时运动参数，与目标船舶对应运动状态进行对比，对动力系统的输出参数进行修正；所述的六自由度包括横荡、纵荡、艏摇、横摇、纵摇和垂荡。 2.根据权利要求1所述的变稳船，其特征在于：所述的动力系统由4个全回转推进器构成，其中模拟船体的艏部的左右各设置一个全回转推进器，模拟船体的艉部的左右各设置一个全回转推进器；4个全回转推进器通过智能控制系统直接控制，全回转推进器的输出参数包括全回转推进器的方向角以及螺旋桨的转速；通过控制螺旋桨的转速使全回转推进器产生大小不同的推力，通过控制全回转推进器的方向实现对螺旋桨推力的控制；4个全回转推进器产生不同大小和方向的推力，作用于模拟船体提供前进的动力和转向的操纵力，使变稳船的受力状态与目标船一致。 3.根据权利要求2所述的变稳船，其特征在于：所述的数据采集系统由惯性测量模块IMU、定位系统、转速传感器和角度传感器组成；通过惯性测量模块测量变稳船运动时在六个自由度上的任意时刻速度与加速度，从而得到变稳船舶实时的运动状态；通过定位系统测量变稳船实时的航迹和航向角；通过转速传感器测量全回转推进器的螺旋桨转速；通过角度传感器测量全回转推进器的方向角。 4.根据权利要求1所述的变稳船，其特征在于：所述的数值模拟系统主要通过船舶运动动力预测模型和船舶运动动力转换模型两部分组成；其中，通过船舶运动动力预测模型对目标船舶的运动参数进行分析，从而得到目标船舶航行中的水动力特性；通过船舶运动动力转换模型将目标船的受力特性转换为变稳船的等效受力特性；再次利用船舶运动动力预测模型得到动力系统中各装置的输出参数；船舶运动动力预测模型和船舶运动动力转换模型主要通过应用船舶操纵性相关的经验回归公式和计算流体力学方法得到的结果建立。 5.根据权利要求4所述的变稳船，其特征在于：所述的船舶运动动力预测模型是指已知目标船航行时的运动参数和水动力导数值，采用船舶操纵性相关的经验回归公式和计算流体力学方法，计算预测出变稳船所受外力的大小和方向；并且由变稳船所受外力大小和方向计算预测出变稳船的运动参数。 6.根据权利要求4所述的变稳船，其特征在于：所述的船舶运动动力转换模型根据缩尺比和相似原则将目标船舶的受力情况等效到变稳船上，得到变稳船的每个全回转推进器的转速和角度值，实现变稳船和目标船舶运动和动力特性的一致性。 7.根据权利要求2所述的变稳船，其特征在于：所述的智能控制系统包括反馈系统、决策系统和执行系统；其中，决策系统对数值模拟系统的输出参数进行进一步的分析和处理，得到当前状态下动力系统4个全回转推进器的转速和方向角调整最佳方案；执行系统将4个全回转推进器的转速和方向角调整最佳方案转换为相应的输出信号，控制全回转推进器的方向和螺旋桨的转速；反馈系统接收数据采集系统实时采集的变稳船的运动参数，并反馈给决策系统，决策系统实时检测反馈的变稳船的运动参数，与目标船舶的原始信号进行对比，并进行PID参数调节，改变动力系统的输出参数，使得变稳船在六个自由度的速度和加速度均与目标船舶保持一致。
所属类别：	发明专利