[发明专利]一种船舶大幅横摇运动非线性阻尼系数识别方法

摘要

本发明公开了一种船舶大幅横摇运动非线性阻尼系数识别方法，包括如下步骤：确定船舶非线性横摇运动方程，确定船舶横摇角幅值随时间变化解析表达式，推导相邻半个周期的横摇角幅值变化解析式，绘制船舶横摇消灭曲线，并进行曲线拟合，计算非线性阻尼系数c₁和c₂的估算值，进行阻尼系数修正，计算阻尼系数最终识别值，本方法能够克服现有船舶横摇非线性阻尼系数识别技术的不足，具有较高的识别精度。

主权项

1.一种船舶大幅横摇运动非线性阻尼系数识别方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：确定船舶非线性横摇运动方程，式中，x：横摇角；j：描述船舶回复力矩的幂次数项，正整数；M：幂次数项最大值，正整数；k：船舶静水回复刚度系数；步骤2：确定船舶横摇角幅值随时间的变化解析式，步骤3：推导相邻半个周期的横摇角幅值变化解析式，令其中n为正整数，T₀为横摇衰减运动固有周期，则有为经过半个周期的横摇幅值变化，亦即相邻横摇幅值变化，将该等式带入表达式可得：式中，a：横摇角幅值；t：时间；p₁₁、q₁₁、p₁₂、q₁₂：拟合系数；相位角；Φ₀：相位角变化率表达式的零阶项；x₀：初始横摇角；步骤4：绘制船舶横摇消灭曲线，并进行曲线拟合，根据船舶模型静水自由横摇衰减数据，采用间隔半个周期的横摇角幅值差与相邻两次的平均横摇角幅值绘制横摇消灭曲线，对数据进行拟合可得到船舶相邻横摇幅值变化表达式：其中，λ₁和λ₂是拟合系数；步骤5：令步骤3推导的相邻半个周期的横摇角幅值变化解析式与步骤4中基于消灭曲线得到的船舶相邻横摇幅值变化表达式中参量a和a²的系数相等，可得到非线性阻尼系数c₁和c₂的估算值：步骤6：阻尼系数的第一次修正，将步骤5得到的阻尼系数初次估算值和带入船舶横摇运动方程中，初始条件不变，采用龙格库塔方法进行数值求解，可仿真生成自由横摇衰减曲线，求得新的横摇消灭曲线：再次根据步骤5中阻尼系数估算公式，可得阻尼系数的第二次估算值：前两次阻尼系数估算值的相对误差为：步骤7：阻尼系数的第二次修正，重复步骤6，可以求得第三次阻尼系数估算值和以及后两次阻尼系数估算值之间的相对误差和步骤8：计算阻尼系数最终识别值，根据步骤5得到阻尼系数估算值和步骤6、步骤7中得到的阻尼系数估算值相对误差η₁、η₂、和得出非线性阻尼系数最终识别值计算公式：