船舶操纵运动模拟和智能技术的应用研究

【摘要】： 自从1960年美国华盛顿召开船舶操纵性国际研讨会以来，船舶操纵性研究不断发展，取得了十分丰硕的成果。国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)作为负责海事安全的国际性权威机构，为推动船舶操纵性研究，提高船舶航行安全性，减少海洋环境污染危险，发挥了重大作用。另外，国际拖曳水池会议(International Towing Tank Conference，ITTC)和各国造船与轮机工程师协会(Society of Naval Architects and Marine Engineers，SNAME)在推动船舶操纵性研究方面也起了很大的积极作用。 近十年来，随着海运的发展，船舶数量迅速增加、吨位急剧增大、航速不断提高、航道日益拥挤，从而使船舶航行安全问题成为人们关注的焦点。很多国际协会比如国际海事组织(IMO)，国际引水员协会(International Maritime Pilot Association，IMPA)和国际船级社协会(InternationaI Association of Classification Societies，IACS)对船舶操纵性能提出了越来越高的要求。 通过分析船舶操纵运动，建立船舶操纵运动数学模型并进一步研究船舶操纵运动模拟，不仅可以对船舶操纵性能、运行状态作出预报，还可对港口、航道设计提供指导。 在实际的船舶航行过程中，船舶的各种操纵运动参数总是随着船舶的运行状态和航行环境的变化而发生变化，船舶操纵运动是一个时变、非线性和有干扰的过程。船舶操纵与控制系统的数学模型极其复杂，很难通过传统的数学工具来精确描述。因此，非常需要引入新的研究工具和高效的研究方法。 本文利用智能控制技术的优越性，尝试将智能化控制技术用于船舶操纵运动模拟，初步探索了将现代控制理论和智能技术融入船舶操纵预报、模拟的研究方法，提出了用于船舶操纵运动模拟的线性神经网络(LNN)、神经网络递推模型(NNRM)和NNRM、交错航迹距离(CTE)和视距(LOS)混合控制器模型三种控制模型：并将控制模型的理论研究应用到实船试验数据分析、计算，将模拟结果与实际的试验结果作了比较。 武汉理工大学硕士学位论文 船舶在水平面上的运动可以用Serret一Frenet标架和大地坐标系两种坐标 系来描述。本文介绍了serret一Frenct标架在船舶操纵运动模拟与计算中的特 点，讨论了Serret一Frenet标架中的船舶操纵运动方程，介绍了CTE和LOS 混合控制方法，并进行了航迹追踪模拟计算。 综上所述，船舶操纵运动预报和模拟是船舶操纵性研究的重要课题。从 技术角度讲，未来的预报、模拟以及在模拟器上的应用将更精确、更灵活、 更深入。希望通过自己或他人的继续努力，能在本文初步工作的基础上开发 出更加综合、更加完善的船舶操纵运动模拟和控制技术。