Разработка способов идентификации математической модели судна с целью решения прикладных задач судовождения

• Автор: Степахно, Роман Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.22.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Мурманск
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение .

Г лава 1. Вопросы структурной идентификации I моделиЛ

1.1. Структурная идентификация математической модели судна

1.2. Структурная идентификация математической модели движителя.

1.3. Структурная идентификация силы сопротивления продольному

движению судна

1.4. Структурная идентификация инерционной массы продольного

движения судна.

1.5. Идентификация структур составляющих корпусных сил

и момента.
Глава 2. Вопросы параметрической идентификации модели.
9 2.1. Параметрическая идентификация общей математической модели
2.2. Идентификация параметров методом Ньютона непосредственного дифференцирования функционала.
2.3. Обработка результатов натурных испытаний с учетом
траекторных наблюдений маневров.
2.4. Сравнительный анализ численных результатов решения
2.5. Параметрическая идентификация методом градиентного спуска.
2.6. Использование принципа максимума Л.С. Поптрягииа для параметрической
идентификации математической модели судна
Глава 3. Решение частных задач идентификации математических
моделей судна
3.1. Идентификация радиуса и центра установившейся циркуляции
в отсутствии ветра.
3.2. Численная обработка данных модельного и натурного экспериментов.
3.3. Идентификация радиуса установившейся циркуляции и угловой
скорости поворота в условиях действия ветра
3.4. Численная идентификация параметров в условиях действия ветра
3.5. Идентификация уравнения управляемости Номото
3.6. Идентификация параметров модели Номото
3.7. Численная обработка модельных данных
3.8. Возможные расширения сферы применимости.
3.9. Идентификация диаграммы управляемости судна по результатам
трех установившихся циркуляций
3 Численная обработка данных натурного эксперимента.
3 Идентификация парамегров кривой поворотливости
Глава 4. Зависимость маневренных характеристик судна от параметров
его математической модели
4.1. Установившаяся циркуляция.
4.2. Эволюционный период циркуляции
4.3. Начальная поворотливость судна
4.4. Способность судна к одерживанию поворота
4.5. Тормозные характеристики судна
Заключение
Литература


Для ее упрощения можно на первом шаге идентификации находить только часть параметров, например, те, которые изменяются в данный момент быстрее всего. На втором шаге находить остальные параметры. Возможно разделение всех параметров на большее число групп. При этом всегда приходится решать важную проблему сходимости выбранной итерационной схемы идентификации. Другой путь состоит в выборе упрощенных, частных моделей для маневров того или иного вида. Например, при исследовании циркуляции достаточно рассматривать только два дифференциальных уравнения изменения угла дрейфа и угловой скорости поворота и считать при этом неизменной поступательную скорость судна. Естественно, что частные математические модели приведут к упрощению проблемы идентификации, так как придется определять меньшее число параметров одновременно [6], [], [3]. Одним из главным вопросов, на которые следует ответить в процессе идентификации, это погрешность найденных параметров. К сожалению, этому вопросу уделяется очень мало внимания. Но с эксплуатационной точки зрения важна не погрешность самих идентифицированных параметров, а траєкторная погрешность маневров, которые прогнозируются с помощью модели, имеющей эти параметры. Этому вопросу вообще не уделено места в известных нам исследованиях. Выявление такой связи погрешностей остается одной из актуальнейших задач практики идентификации математических моделей судна. Решение такой сложной проблемы как разработка безопасных способов маневрирования при выполнении различных маневров в стесненных условиях требует проведения достаточно большого числа экспериментов. Планирование и выполнение экспериментов в натурных условиях порой является трудно решаемой, а иногда и вовсе невыполнимой задачей по многим причинам. Это, прежде всего, причины экономического характера. Однако и технические возможности проведения подобных экспериментов на реальных судах весьма ограничены. Нет возможности, например, производить точные измерения тяги и момента двигательной установки или коэффициентов попутного потока и засасывания, при этом точность измерения наблюдаемых параметров движения недостаточно высока. В связи с этим логично использовать современные вычислительные средства для проведения исследований в форме модельных экспериментов. В свою очередь, модельный эксперимент требует разработки адекватной математической модели судна, с требуемой точностью описывающей его динамические особенности в реальных условиях плавания. В настоящее время существуют достаточно хорошо разработанные математические модели судна. Структура и содержание известных математических моделей определялись, прежде всего, конечной задачей исследования, в целях которого разрабатывалась модель. Следовательно, результаты проводимых модельных экспериментов должны сравниваться с имеющи-мися результатами натурных экспериментов, если они имеются, или хотя бы с результатами ходовых испытаний, которые являются нормативными. Наиболее употребительным видом математической модели судна в разомкнутом виде (т. Их можно получить различными способами, в частности с помощью уравнений Лагранжа второго рода, используя связанную с судном систему координат рис. Рис. Здесь левые части уравнений представляют собой инерционные составляющие сил и моментов, действующих на судно; Рх, Руу М2 - суммы составляющих движущих и гидрореактивных сил и моменты этих сил, генерируемые средствами управления судном (руль, движитель, средства активного управления САУ), а также действующие на судно при его движении в воде. Кроме указанных параметров в уравнения (1. В общем случае, правые части уравнений (1. Ук-Уг+? Ург; (1. САУ), например, подрулями. Количественный и качественный состав сил и моментов, которые могут входить в правые части уравнений (1. Система (1. В этой структуре характерным является выбор основных параметров состояния объекта - судна. Это линейные скорости перемещения судна: продольная их> поперечная оу и угловая скорость поворота вокруг вертикальной оси со. Параметры состояния связаны с кинематическими характеристиками движения судна в выбранной системе координат в горизонтальной плоскости (рис. Рис.