船舶动力定位参数辨识
对船舶数学模型的各个推进器参数进行系统辨识,具有实际价值李文华,等:船舶动力定位系统数学模型参数辨识方法研究针对动力定位技术的发展,我国研究人员也进表1离散时间摘要扩展卡尔曼滤波行了积极有益的探索。文献[]用固定增益的卡尔f(k+1)=F((k),(k)+vw(k)曼滤波估计低频运动,而高频运动则用一个参数模系统模型量测|/(k)~N(O,Q(k》)x(k)=H((k)();型来模拟,并用递推增广最小二乘法来估计参数,从u(k)-N(0,Q(k)而估计出船舶的髙频运动。通过控制计算和模拟试初始情况1(0)+5np(0)=验取得了良好的效果。文献[12]提出了水面舰船动力定位控制系统模型参数的离线最速下降寻优的状态估计传递|(k+1)=F((k),()误差协方差传递辨识方法,提高了动力定位系统研制过程的工作效P(h+1)=(h)P()(k)+r(kQ(k )r(k)率。文献[13]在建立船舶三维几何模型基础上,对K()=P(k)HT(k)H()(kH()+R()]-满载船舶从浅水40m到深水500m的水动力系状态估计更新)=()1)((数进行数值计算。利用三维线性势流理论在频域误差协方差更新P)=kk)H(FLK)H()y里研究船舶在浅水中的辐射问题,应用三维源汇分K()R(k)K(k)布法对不同水深下船舶运动的水动力系数,包括附定义φ(k)=0()JH(-)加质量和阻尼系数进行数值计算与分析,得出了有(k)H(k)=0(k)限深水域的附加质量和阻尼系数的渐进特性。文献14]考虑具有修正PM波谱的长峰不规则浪,基于尾部隧道式侧推m,艏部隧道式侧推,艄部方海浪幅值响应算子(RAO研究了船舶在海浪中的六角式推进器。质量阵M可利用文献9]里介绍自由度运动预报模型。为了有效地量化海洋环境对的 Strip Theory计算得到:动力定位船舶的作用,文献[5提出了海洋环境负从/1127400018902-00744载(包括风、海浪和海流)的建模方法,并运用00.07440.1278MATLAB的M文件和SIMUⅠNK分别编制了风干为了得到需要辨识的量需重复进行3项(每项扰力和力矩计算及随机海浪的仿真程序。在三级海2次,共6次)海上试验,以此提高参数估计器的收况下,实现了对海洋环境的仿真,得到了合理的仿真敛性和表现。具体如下结果。文献[1]考虑到船舶的动态特性存在固有的第1项:解耦了的纵荡运动。船舶仅依靠主螺强非线性以及非线性控制改善系统性能和鲁棒性的旋桨山和实现恒速前进,艏向通过艏侧推控制。能力,将非线性控制理论应用到船舶动力定位控制第2项:结耦了的横荡与艏摇运动。通过三个隧道系统的设计中,对某供应船的计算机模型进行仿真,式推进器砌、4、实现两次结耦了的横荡与艏摇运验证了非线性控制系统是有效的。文献[17]提出并动。第3项:在结耦的横荡与艏摇运动中得到方位验证了基于线性核函数在线支持向量回归的模型预角式推进器u的推力系数K6测控制方案。在线支持向量回归算法的引入可以通第1项是为了计算主螺旋桨的推力系数K1和过在线调整,确保预测模型的精确性。Xa,需要的输入量是X本文中X的计算方法是利22船舶数学模型参数辨识用文献[19]里介绍的切片法。第2项是为了计算结文献[18]讨论了使用两个并行测量序列来估计耦了的横荡与艏摇运动的参数数值,可以辨识出的动力定位船舶模型参数的离线并行扩展卡尔曼滤波向量为[ YYNNK3K5]第3项是为了计算全方器算法(O- line parallel extended Kalman filter位推进器的推力系数K6( EKF) Algorithm),见表1。最后采用一项以供给船使用动量方程来代替标准动力学方程,不仅可为对象的全尺度的海上试验来验证提出的参数估计以显著提高状态和参数估计器的性能还具有以下器的收敛性和鲁棒性。优点:实验对象以挪威ABB公司的“ Far Scandia”号供(1)增加数据冗余度;给船为原型。该船总长762m,船宽18:8m,型深(2)降低量测噪声;825m,吃水625m,净吨位4200t,主发动机功率(3)降低环境干扰;3533kW。推进器配置左右舷两个主推进器u1、l2,(4)增加数据记录长度第23卷第3期(总第135期)船羔vd.23N.3012年6月shiP boatJune, 2012(5)以对参数分批进行辨识等手段提高参数辨风。将风速分量定义为识的精确度。L=v,cos(ψ图2显示了实验辨识得到的A和。其中A包(5)W V sin(B-0)含的待求未知量[XyYM而R包含的待求末式中和v分别为风速在X轴和Y轴的分量;v知量是[kk2k3k4k5k6]。和月分别表示风速和风向。如图1所示。假设风速远大于船速,风在纵荡、横荡和艏摇方向的负荷向量可表述为As elements.pAcM(o)V, IV0.5p.A_C-(r )V,V6)0.SpA,Lo C(rm)VV.式中,风的相对角为y=ψp为空气密度,单位e号为kgm3;Lm为船舶总长,单位为m;V为相对风速,103K elements单位为kn;A-和A为正投影面积和侧投影面积,2015单位均为m2;C(y)Cn(y)和C(4)分别为纵荡横荡和艄摇方向的无因次风系数,是通过 Isherwood半经验公式得到的。00003,波浪扰动数学模型波浪干扰力一般分为两种:一种是一阶波浪干图2实验辨识得到的参数曲线扰力,也称高频波浪干扰力。这是在假设波浪为微幅波,未引起船舶大幅摇荡的情况下,认为船舶受到经实验辨识出的动量方程中的量:与波高成线性关系并且与波浪同频率的波浪力。另0.03180种是二阶波浪力,也称波浪漂移力该波浪力与波A000602006l8高平方成比例。0.0075_0.2454这种具有高频率小振幅振荡特性的波浪所产生K=103ding([93,93,20,2.0,28,26]的一阶波浪干扰力最主要是引发船舶的纵摇和垂荡经过计算公式D-M得到运动,对横摇的影响稍次之,而对横荡及艄摇运动的002820影响相对来说就小一些。至于具有慢时变特性的二00.0130475900.081419676阶波浪干扰力,本身同时又是非线性的,它仍然和波写成动力定位模式下的状态空间表达式为:浪的频率有关。波浪的二阶漂移力不但会改变船舶元=AU+Bx(4)疔的航向和航迹,尤其对于在锚泊状态下船舶位置的移动及钻井平台的动力定位系统的工作等均有式中A=MA4M,并且B=MTK。其数值表达式为:重要影响00318000.062800030下面介绍一种估算二阶波浪漂移力方法。19740.0046-0.2428年, Newman提出一种应用频域波浪漂移力系数的0008200082000估算方法。通过把波谱(通常选用PM谱)分为N0∞505-069000108等份,每份有相对应的波浪频率m和波幅A。这样波浪漂移力对横荡、纵荡、艏摇运动的作用力计算公3环境扰动数学模型式为131风扰动数学模型A,(T(W,B=-y)1(W+)风的作用可分为平缓变化的风和快速变化的李文华,等:船舶动力定位系统数学模型参数辨识方法研究[5] Fossen T L. Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and式中,T()x0是频域波浪偏移力公式fB是平均Motion Control[M]. Wiley Sons Ltd, 2011: 81-83.波浪方向:是随机的相角。[6] Balchen J G, Jenssen N A, Saelid S Dynamic Positioning可以通过对本估算式进行改变,以避免在数值Using Kalman Filtering and Optimal Control Theory[C]/上产生无物理意义的高频分量。还可对本式进行扩Proceedings of IFAC/IFIP Symposium on Automation in展,用来包括波浪蔓延( wave spreading)。Offshore Oil Field Operation Norway 1976: 183-18633海流扰动数学模型[7]Balchen J G, Jenssen N A Mathisen E, et al. Dynamic作用在海上动力定位船舶上的海流具有方向和Positioning System Based on Kalman Filtering and OptimalControl[J]Modeling, Identification and ControL 1980, 1(3)速度的特征,研究中一般不考虑在大地坐标系下铅135-163垂方向运动。海流分为恒定流和潮汐流。恒定流一般[8] Strand JP, Fossen t inonlinear Passive Observer Design为固定方向和速度的海流,如洋流。潮汐流指海洋for Ships with Adaptive Wave Filtering, In: New Directions因为潮汐运动而引起的海水流动,其典型的表现为in Nonlinear Observer Design(Nijmeijer H, Fossen T L)海流方向的缓慢变化。但对于动力定位来说,海流[M].London: Springer-Verlag London Ld, 1999: 113-134的大小与方向可以认为是确定的,所以海流的模型[9] Guttorm t, Jerome J, Fosset I. Nonlinear Dynamic可以统一按照大小和方向恒定来确立。流的速度分Positioning of Ships with Gain-Scheduled Wave Filtering量表示为5:[C]//The Proceedings of 43rd IEEE Conference orL=V2cos(ψ)Decision and Control, Atlantis, Paradise Island, BahamasDecemher2004:5340-5347ve=y sin(8-n)式中:和v分别为流速在X轴和y轴的分量;V10 i Do K d. Global Robust and Adaptive Output FeedbackDynamic Positioning of Surface Ships[C]/The Proceedings和月分别代表流速和流向。如图1所示。of 2007 IEEE Internati在此没有考虑第摇方向的流速,而海流对水面Automation. Roma, April 2007: 10-14船舶的作用可以通过将各海流速度分量引人到船的1]王晓声船舶动力定位系统设计及试验研究门J国造运动方程中由相对速度向量v=[u-,-a,r丁体现。船,1991(3):12-21[12]边信黔,严渐平,施小成船舶动力定位系统参数辨识4结论方法的研究[J]船舶工程,19994):36-38[13]姜哲,石珦,王磊动力定位船舶水动力参数数值试验本文讨论了船舶及推进器动力学数学模型与船研究[门]实验室研究与搡索,2005(12):14-17.舶外界环境干扰因素数学模型的建模策略。通过对14]李文魁张博田蔚风等.一种波浪中的船舶动力定位已有研究方法的分析研究与总结,有助于建立适用运动建模方法研究[]仪器仪表学报,2007(6):1051于各种海况和操作模式的船舶动力定位系统非线性数学模型。[15]施小成王元慧船舶动力定位海洋环境的建模与仿真J,计算机仿真,2006(11):237-239[16]刘芙蓉陈辉基于非线性控制理论的船舶动力定位控[参考文献制系统的数学模型[〕船海工程,209(5):92-95[1]杜佳璐,张显库汪思源,等船舶动力定位系统的自适[17]邓志良,胡寿松,张军峰船舶动力定位系统的在线模应非线性控制器设计[ C]/proceedings of the2 g chinese型预测控制[门中国造船,2009(6):879Control Conference. Beijing, 2010: 585-589.[2]周利,王磊,陈恒动力定位控制系统研究[船海[18] Fossen T I.Identification of Dynamically Positioned Shipe[].Control Engineering Practice, Volume 4, Issue 3, March程,008,37(2)86-911996:369-376[3]马超庄亚锋陈俊英船舶动力定位系统技术[J中国[19] FaltinsenO M Sea Loads on Ships and Oishore Structures造船,2009,50(增刊):52-57[4]贾欣乐,杨盐生船舶运动数学模型机理建模与数学建[M].Cambridge University Press, 1990:41-45模[M]大连大连海事大学出版社,199:294-356船舶动力定位系统数学模型参数辨识方法研究旧WANFANG DATA文献链接作者:李文华,杜佳璐,张银东,宋健,孙玉清,陈海泉, LI Wen-hua, DU Jia-luZHANG Yin-dong, SONG Jian, SUN Yu-ging, CHEN Hai-quan作者单位李文华,张银东,宋健,孙玉清,陈海泉, LI Wen-hua, ZHANG Yin-dong, SONG Jian, suN Yu-qing, chen Hai-quan(大连海事大学轮机工程学院大连116026),杜佳璐, DU Jia-lu(大连海事大学信息科学技术学院大连116026)刊名:船舶英文刊名:Ship boat年,卷(期):2012,23(3)参考文献(19条1. Balchen J G; Jenssen N A; Mathisen E Dynamic Positioning System Based on Kalmon Filtering andOptimal Control 1980(03)2. Balchen J G; Jenssen N A; Saelid S Dynamic Positioning Using Kalman Filtering and Optimal ControlTheory 19763. Fossen T I Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control 20114贾欣乐;杨盐生船舶运动数学模型机理建模与数学建模19995.马超;庄亚锋;陈俊英船舶动力定位系统技术2009(增刊)6.周利;王磊;陈恒动力定位控制系统研究[期刊论文]船海工程2008(02)7. Faltinsen 0 M Sea Loads on Ships and Offshore Structures 19908. Fossen t I Identification of Dynamically Positioned Ships 19969.邓志良;胡寿松;张军峰船舶动力定位系统的在线模型预测控制2009(06)10.刘芙蓉;陈辉基于非线性控制理论的船舶动力定位控制系统的数学模型[期刊论文]船海工程2009(05)11.施小成;王元慧船舶动力定位海洋环境的建模与仿真[期刊论文]计算机仿真2006(11)12.李文魁;张博;田蔚风一种波浪中的船舶动力定位运动建模方法硏究[期刊论文]仪器仪表学报2007(06)13.姜哲;石珣;王磊动力定位船舶水动力参数数值试验硏究[期刊论文]实验室硏究与探索2005(12)14.边信黔;严浙平;施小成船舶动力定位系统参数辨识方法的硏究[期刊论文]船舶工程1999(01)15.王晓声船舶动力定位系统设计及试验研究1991(03)Do K d Global robust and Adaptive Output Feedback Dynamic Positioning of Surface Ships 200717. Guttorm T; Jer(o)me J; Fossen T I Nonlinear Dynamic Positioning of Ships with Gain-Scheduled WaveFiltering 200418. Strand J P; Fossen T I Nonlinear Passive Observer Design for Ships with Adaptive Wave Filtering19.杜佳璐;张显库;汪思源船舶动力定位系统的自适应非线性控制器设计2010本文链接http://d.g.wanfangdata.comcn/periodiCalcb201203011.aspx
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实验室安排管理系统
数据库,软件工程的实验室安排管理系统,很好的文档和代码。第一章引言1.1项目背景随着信息技术的普及,对计算机应用的普及,高等学校的计算机实验室在逐年上升,面对众多的计算机实验课,如何有效安排实验室,成为实验室管理人员的重要工作之一。为了提高实验室安排管理效率,方便教师对实验室的使用情况及时查询和申请实验室,需要设计一个能提供教师实时了解当前实验室教师申请情况,并可以对闲置实验室的申请,最后通过实验室管理员对教师所做的实验申请进行安排管理。本系统基于B/S结构,主要山前台教师对实验室申请和后台基本资料的维护及实验室的安排,主要包括以下功能:登录、申请实验、基本资料维护、实验室安排管理、用户管理,个人设置等。1.2实验室安排管理系统概述实验室安排管理系统是一门新兴的集管珪科学、信息科学、系统科学级计算机科学为一体的综合性学科,研究的是大学校园的实验室安排管理的全过程,以便有效的安排管理实验室信息,提高校园的实验室使用率,提供各类管理决策信息辅助实验室管理部门进行现代化管理。实验室安排管理系统是大学校园的实验空信息管理系统,它具备数据增加、修改、删除和査询功能,具体如下(1)对用户信息增加、修改、删除管理;(2)对实验室信息增加、修改、删除管理com3)对日期和课程信息增加、修改、删除管理(4)实验室安排管理1.3系统开发的意义为了有效的安排管理实验室信息,提高校园的实验室使用率,提供各类管理决策信息辅助实验室管理部门进行现代化管理需要设计一个能提供教师实时了解当前实验室教师申请情况,并可以对闲置实验室的申请,最后通过实验室管理员对教师所做的实验申请进行安排管理。本系统基于B/S结构,主要由前台教师对实验室申请和后台基本资料的维护及实验室的安排,主要包括以下功能:登录、申请实验、申请实习、基本资料维护、用户管理,个人设置、实验室安排管理等第二章系统分析2.1系统功能分析通过讨论分析,要求系统需要有以下功能:(1)要有良好的人机界面功能。(2)支持多用户操作,要求有较好的权限分配功能。(3)支持实验申请和实习申请多行录入功能。(4)为了方便用户能快速正确地申请到实验室,提供实验室申请浏览。(5)每个用户,课程,实验,实习,实验室都有惟一的编号即ID,编号需要是整型标识,能自动生成有序ID。(6)支持用户,课程,班级,实验室的修改,增加,删除功能。(7)支持实验室的安排浏览。2.2用户管理流程丁公共用户登录修改密退出→码图2-1用户管理流程com2.3实验管理流程用户登录系统—>申请实验—>修改申请—>查询申请结果申请实公共用户登录验,修改退出图2-2实验管理流程2.4实习管理流程用户登录系统—>申请实习—一>修改申请——一>查询申请结果申请实习,修改公共用户登录实习4退出图2-3实习管理流程2.5实验室安排系统管理流程管理员登录—>査询实验、实习申请—>安排实验室—>审核——>安排登录4添加、修改管理员册除用户退出管理实验室艹图2-4实验室安排系统管理流程docn豆丁www.docin.com第三章系统设计3.1项目规划本系统分为如下的几大模块:主界面登录模块实验室安排浏览模块用户控制面版实验宝查询用广管理实验审管理|报表图3-1系统模块图1、主界面模块该模块提供管理系统的主界面,是主系统的唯一入口和出口,该界面提供用户选择并调用各子模块2、登录根据用户管理分配不同的角色权限,核对用户,进入系统进行相应的操作。子模块:(1)用户控訇面版(公共用户)该模块提供用户的基本信息的界面,用户可在此修改密码、基本资料;察看本人申请实验室的情况。(2)实验室查询(老师)该模块提供査询符合某一条件的实验室安排情况的界面。(3)用户管理(管理员)该模块提供对用户信息进行更改、删除和新增和手动安排实验室的界面(4)实验室管理(管理员)该模块提供对实验室信息进行更改、删除和新增和手动安排实验室的界面。3、实验室安排浏览该模块提供全部实验室安排情況的界面。3.2功能框图用户查询更新查询更新查查更查查更更洵询更新结果询询新新条结条结条条结件|果果|件自果浏览申请表实验室安排表系统安排管理员审核图3-2主数据流程图3.3数据库设计创建数据库是设计系统的第·步,其关键问题在于确定所需的表结构并为之建立索引。为∫使系统设计精练实用,体现关系型数据库的特点,本系统还为各相关表建立关系。数据项设计通过需求分析,可确定系统的数据项和数据结构如下:实验申请表: shiyang(实验申请ID,周次,星期,节次,实验名称,实验班级,实验人数,任课教师,实验教师,申请时间实习申请I,周次,实习内容,实习课程名称,实习班级,实习人数,任课教师,申请时间)实习申请表 shixing(实习申请ID,周次,实习内容,实习课程名称,实习班级,实习人数,任课教师,申请时间)用户表:user(用户ID,用户名,用户类型)。班级表: classdb(班级ID,班级名称,班级入学时间)课程表:Kedb(课程ID,课程名称)实验室表: Ssdb(实验室ID,实验室名称,实验室座位)为了方便安排,本系统还设定了几个用于安排的临时表学年表: Xuelian(学年ID,学年名称)。学期表: xueqI(节次ID,节次名称)。周次表: Weekdb(周次ID,周次名称)。节次:jeci(节次I,节次名称)。实验表: shiyan(实验ID,实验名称)实习表: shixi(实习ID,实习名称)2、概念结构设计本系统在需求分析的基础上设计出能够满足用户需求的各种实体。根据上面的分析所得的实体有:实验室安排实体、用户实体。3、逻辑结构设计数据项描述{数据项名,数据类型,长度,数据项含义说明,可否为空}(1)用户表: Userdb用户表用来保存用信息,用户表结构如表3-1所示表3-1用户表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明「可否为空user 1dint(4)用户ID否User-name char(20)用广名否User perchar(20)用户类型否(2)班级表: classdb班级表用来保存班级信息,班级表结构表3-2所示表3-2班级表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明可否为空Class idInt(4)班级ID否Class nameChar(50)班级名称Class inyearChar(20)班级入学时间否3)实习申请表: shixia实习申请表用来保存实验申请信息,实习申请表结构表3-3所示表3-3实习申请表数据项名数据类型(长度)‖数据项含义说明「可否为空Shixing idInt(4)实习申请ID否Shixing week Char(20)周次否Shixing nameChar(100)实习内容否Shixing keChar(100)实习课程名称否Shixisg class Char(100)实习班级否Shixisq menInt(4)实习人数否Shixisq manChar(20)「任课教师否Shixing timeChar(20)申请时间可4)实验申请表: shiyang实验申请表用来保存实验申请信息,实验申请表结构如表3-4所示表34实验申请表数据项名数据类型(长|数据项含义说明「可否为空度)Shiyang idInt(4)实验申请ID否Shiyang weekChar(20周次Shiyang xqChar(20)星期Shiyang jcChar(20)节次否否否Shiyang nameCar(100实验名称Shiyang classChar(100)实验班级Shiyang menInt(4实验人数口Shiyang manar(2任课教师Shiyansq syteacher Char(20)实验教师Shiyang timeChar(20)申请时间(5)实验教师表: teacher实验教师表用来保存实验教师信息,实验教师表结构如表3-5所示表3-5实验教师表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明「可否为空Teacher idInt(4)教师ID否Teacher nameChar(20)教师名称否(6)课程表:Kedb课程表用来保存课程信息,课程表结构如表3-6所示表3-6课程表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明「可否为空Ke idInt(4)课程ID否Ke namelChar(100课程名称否(7)实验室表: Ssdb实验室表用来保存实验室信息,实验室表结构如表3-7所示表3-7实验室表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明可否为空Sys idint(4)实验室ID否sys namechar(100)实验室名称否Sys menInt(4)实验室座位否(8)学年表: Xuelian学年表用来保存用信息,学年表结构如表3-8所示表3-8学年表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明可否为空Xuenian idchar(20)学年ID否Xuwenlan nameint(20)学年名称否(9)周次表: Weekdb周次表用来保存周次信息,周次表结构如表39所示表3-9周次表数据项名数据类型(长度)「数据项含义说明「可否为空Week idchar (20)周次IDWeek nameint(20)周次名称否否(10)星期表: XIng星期表用来保存星期信息,星期表结构如表3-10所示表3-10星期表数据项名数据类型(长度)「数据项含义说明可否为空xing idchar(20)学年IDXIngl nameint(20)学年ID否否(11)节次表: J1eC1节次表用来保存节次信息,节次表结构如表3-11所示表3-11节次表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明「可否为空c ldchar(20)班级名称合Jc nameint(20)编级人数4www.docin.com
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