[发明专利]一种三体船纵向运动模型辨识方法

权利要求书

1.一种三体船纵向运动模型辨识方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)从三体船水池拖曳试验中得到固定航速下的波浪力和波浪力矩的幅值和相位；

(2)将三体船水池拖曳试验得到的波浪力和波浪力矩的幅值和相位作为输入变量；确定传递函数分子分母的阶次，分子阶次小于等于分母阶次；根据编写好的遗传算法程序辨识出三体船在海浪作用下的受力模型，由两个传递函数组成；

(3)从三体船水池拖曳试验中得到三体船的升沉质量、纵摇惯性力矩、固定航速下的附加质量、阻尼系数以及恢复系数；

(4)将船体的运动方程式进行解耦，转化成状态方程形式；

(5)将三体船水池拖曳试验中得到的升沉质量、纵摇惯性力矩、固定航速下的附加质量、阻尼系数以及恢复系数作为输入，根据解耦出的状态方程求出固定航速下的四个传递函数，即为船体在力作用下的运动模型；

所述的步骤(2)中的具体遗传算法步骤如下：

(2.1)得到待估计的传递函数模型，在频域内传递函数的参数估计问题就是由拖曳水池试验中得到的传递函数的频率响应或者伯德图获得待估计固定零极点数目的传递函数的问题，在频域下的纵向运动模型如下：

式中：B(s,θ)与A(s,θ)为两个传递函数；

(2.2)对模型采用参数化的辨识方式，通过实验数据估计参数矢量θ，对θ定义为：

θ＝(b_m+1,b_m,b_m-1,…,b₁,a_n,a_n-1,…,a₁)；

(2.3)由每一组参数矢量θ得到对应的代价函数，对应的代价函数为：

式中：|G(jω_i)|为实验数据中波浪力的幅值；arg(G(jω_i))为实验数据中波浪力的相位；|G(jω_i,θ)|为辨识出的传递函数幅值；arg(G(jω_i,θ))为辨识出的传递函数的相位；

(2.4)为了使模型达到最优，需要多次进行选择、交叉、变异，最终得到使传递函数的幅值和相位与拖曳水池试验中得到的数据相对误差最小的一组参数矢量，从而辨识出最终的船舶在海浪作用下的受力模型。

2.根据权利要求1所述的一种三体船纵向运动模型辨识方法，其特征在于，所述的步骤(4)中的船体的运动方程式所示如下：

式中：x₃为升沉量，x₅为纵摇量，m₃₃为升沉质量，m₅₅为纵摇惯性力矩，a_ij为附加质量，b_ij为阻尼系数，c_ij为恢复系数，ω为输入海浪信号，F_i为海浪信号作用在船体上的力，γ_i为海浪信号作用在船体上的相位。

3.根据权利要求1所述的一种三体船纵向运动模型辨识方法，其特征在于：三体船纵向运动模型主要由两部分组成，第一部分是船体在海浪作用下的受力模型，包括两个传递函数，其输入是海浪的浪高，输出分别是波浪力和波浪力矩；第二部分是船体在力作用下的运动模型，包括四个传递函数，分别将波浪力转换到升沉量，将波浪力矩转换到升沉量，将波浪力转换到纵摇量，将波浪力矩转换到纵摇量。

4.根据权利要求1所述的一种三体船纵向运动模型辨识方法，其特征在于：在得到水池拖曳试验数据后，能够快速准确地辨识出三体船纵向运动模型。