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《哈尔滨工程大学》 2009年
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潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究

朱怡  
【摘要】: 模拟训练的方法由于能够更好更快的训练操纵人员和节省大量实际训练开支,在各种军事及民用部门得到了广泛应用。潜艇航行训练模拟器为模拟真实环境下的潜艇航行以及开展对潜艇操纵的综合训练提供了重要的仿真平台。海军要达到利用模拟器来训练艇员的目的,潜艇运动模型的准确性和可用性是实现高可信度仿真模拟训练的关键,本文基于当前所用仿真模型复杂、水动力参数多及仿真结果存在误差等问题,在保证仿真质量和可信度的同时,找到设计的不足,并针对不足进行改进,使系泊状态下对艇员进行导航和操艇系统综合训练设备研制的基础工作得到了完善。 首先,在分析了格特勒经典模型后,从仿真的角度考虑,分别对于有因次形式和无因次形式,导出了通用的解算空间六自由度方程的模型方法。使后续的模型简化及参数优化找到基础的解算方法。 其次,在对潜艇模型水动力系数的类别进行分析和对模型进行操纵性试验大量仿真后,提出零值敏感性和变值敏感性的概念,提出了零值敏感性序列值指标,对模型分别针对零值敏感性及变值敏感性导出了最简模型及敏感性操纵模型。并对仿真模型、设计模型、最简模型及敏感操纵性模型的操纵性试验做了仿真对比。 再次,因模拟器仿真结果与实艇有差异的情况存在,提出基于粒子群智能优化算法,导出了训练模型。由于实艇参数的难于获得,将操纵性仿真试验结果做一系列的调整,采用调整后的模拟实艇操纵性试验指标数据与敏感性操纵模型仿真数据之间的偏差作为水动力参数优化问题的数学表述,明确了预优化的参数种类、个数、范围,操纵性试验的种类、评价标准函数的数学形式,以敏感性为基础将初始粒子的选择、惯性权重进行改进并仿真,表明了其有效性并指出其存在的不足,明确了后续工作的重点。 最后,本文所提出的简化模型及参数优化方案在形式上简单、易懂,操作上易于实现,使不同艇型的模拟器都可用此方法进行模型的简化及参数的优化,该通用方法在潜艇航行训练模拟器中的应用,将使其可用性大大增加,误差减小,仿真更为逼真,训练效果达到我们所需要的水平。
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