[发明专利]一种基于船舶水动力在线预报的船舶减摇控制系统

说明书

本发明公开了一种基于船舶水动力在线预报的船舶运动减摇控制系统，属于船舶与海洋工程技术领域。本发明利用船舶运动参数实时预报和动平衡思想，通过水动力方程实现船舶水动力的在线自适应预报，进而作为减摇控制的依据。通过传感器模块测量的船舶运动参数、水动力在线估计模块及鳍角分配模块对船舶运动进行实时、自适应控制，与传统的减摇控制方法相比自适应性和水动力估算模型更加完善。本发明适用于安装单对鳍或两对鳍的船舶，对安装单对鳍的船舶实现减横摇和减纵摇两种功能；对安装两对鳍的船舶实现减横摇、减纵摇和同时减纵‑横摇三种功能，可广泛用于各种水面船舶的减摇控制，在船舶减摇控制领域中具有良好的应用前景和良好的经济效益。

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程技术领域，具体涉及一种基于船舶水动力在线预报的船舶减摇控制系统。

背景技术

船舶在海上航行时，由于船舶运动阻尼很小，使得船舶在风浪中会不断产生六个自由度运动，对船舶航行的性能和安全性带来很大的影响。其中，横摇、纵摇、垂荡三个自由度运动对船舶安全和海上影响较大，过大的横摇、纵摇以及垂荡运动会引起波浪砰击、甲板上浪以及螺旋桨飞车等危险情况，对船舶舒适性、适航性及安全性等各项性能、船上设备、船舶海上作业能力等会产生不利影响。

船舶安全性方面，剧烈纵摇和升沉运动会引起船艏底部的砰击和甲板上浪。其中，船底砰击容易导致船体结构的损伤或者破坏，而甲板上浪则可能使舱室进水、甲板上的各类设备受破坏、使工作人员无法在甲板上安全工作。

航行性能方面，过大的船舶纵摇和垂荡运动容易造成船舶失速，除了使主机功率不能得到充分的利用外，还会引起船体颤振，摇荡引起的出水现象给船舶的操纵性带来困难。

船舶作业能力方面，剧烈的摇荡运动将严重削弱船舶的作业能力。剧烈的舰艇摇荡运动除了影响船载设备的使用性能之外，纵摇和垂荡运动引起的垂向加速度将会导致船员晕船、身体失去平衡，影响船员的舒适性和作业能力。

因此，对在航行过程中，对船舶运动进行实时控制对于船舶安全和舒适性、提高船员作业能力等具有重要意义。现有的减摇控制方法中，非线性方法由于实时性和自适应性的限制，难以实现实时应用；线性方法中，以PID控制方法应用最为广泛，但该方法的控制参数整定需依靠经验和现场调试确定，实时应用中的自适应性存在不足；而LQG控制方法中，则存在水动力估计模型不完善的问题。

鉴于上述问题，本发明提供了一种基于船舶水动力在线预报的船舶运动减摇控制系统，核心是利用船舶运动参数实时预报和动平衡思想由水动力方程实现船舶水动力的在线自适应预报，进而作为减摇控制的依据。

本发明提供的一种基于船舶水动力在线预报的船舶运动减摇控制系统，对安装单对鳍的船舶能够实现减横摇和减纵摇两种功能；对安装两对鳍的船舶能够实现减横摇、减纵摇和同时减纵-横摇三种功能。

目前，国内外并没有提出相同或者类似的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减摇控制方法自适应性和水动力估算模型更加完善的基于船舶水动力在线预报的船舶运动减摇控制系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明公开了一种基于船舶水动力在线预报的船舶减摇控制系统，包括海洋环境激励模块、船体动力模块、运动姿态测量模块、船体水动力在线预报模块及鳍角分配模块；其具体的实现步骤包括：

(1)海洋环境激励模块向船体动力模块施加作用，使船体不断产生横摇、纵摇和垂荡等六个自由度的运动；通过船舶运动姿态测量模块中的传感器实时监测船体横摇运动的时历数据η₄(t)、纵摇运动时历数据η₅(t)和垂荡运动加速度时历数据