一种船舶航行增阻等级的评估方法技术

本发明专利技术公开了一种船舶航行增阻等级评估方法，包括如下步骤，步骤1：采集船舶航速与船舶航行姿态信息,根据前述信息获得船舶静水阻力和船舶风浪中阻力；步骤2：对船舶静水阻力、船舶风浪中阻力、船舶推力三个物理量进行预处理；步骤3：对输入量与输出量进行模糊化，建立论域上的模糊集合，将输入量和输出量分为大PB、中PM、小PS和零ZO四个等级，所说输入量为船舶静水阻力、船舶风浪中阻力和船舶推力，所说输出量为船舶航行增阻；步骤4：根据模糊规则生成输入输出表，根据输入得到船舶航行增阻等级在辨识论域上的模糊集；步骤5：解模糊化，得到精确的船舶航行增阻等级。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及船舶航行
，尤其涉及。
技术介绍
随着科技的发展，世界各国大力发展海上产业，船舶作为海上运输的重要工具，已 经成为人们重视的焦点。由于海上船舶的航行环境较为复杂，经常会受到海风、海浪及海流 的干扰，船舶不可避免的会产生六自由度运动，船舶产生的六自由度运动将使船舶的航行 阻力较静水中的航行阻力有所增加。航行阻力的增加将导致航速的降低，影响螺旋桨的推 进效率，如需保持原有的航速，需增加螺旋桨的转速。 目前，船舶领域对于航行增阻的认识并不够全面，尤其是关于船舶航行阻力增加 和船舶航行姿态内在关系的内容，研究的很少。在船舶控制领域，经常关注控制船舶的航行 姿态，而控制航行姿态时，对于航行阻力增加问题几乎没有涉及;而关于船舶航行阻力增加 的研究，国内外的研究大多针对船舶设计问题，集中在对船舶航行阻力的预报，以期在设计 的船型具有较小的航行阻力，并且通过航行阻力的预报选择合适的螺旋桨。在实际的船舶 航行过程中航行增阻的评估方法，现在几乎没有。实际上，在风浪中航行的船舶，其航行增 阻可通过减小其六自由度运动的方式予以优化，例如通过操舵、减摇等方式;在航行增阻被 有效评估之后，可以为如何增加推进器功率提供有效的参考，以保持船舶的航行速度。 在船舶航行的过程中，船舶控制系统不仅能够有效的控制船舶的六自由度运动， 达到期望的航行姿态，同时，还希望在控制的过程中减小船舶的航行增阻，以期达到航行阻 力和航行姿态的最优化，减小推进能量的消耗。船舶的航速信息、船舶的航行姿态信息及船 舶的推力信息可由船舶上的计程仪及相应的传感器获取。未来，由于绿色船舶的需要，必然 要求船舶航行过程中的低能耗，船舶控制系统不仅要使航行姿态最优而且要使船舶航行阻 力最优。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供，能够对船舶航行 阻力进行有效评估，使船舶控制系统更好地实现对船舶航行的控制。 实现本专利技术目的的技术方案： -种船舶航行增阻等级的评估方法，其特征在于： 步骤1:采集船舶航速与船舶航行姿态信息，根据前述信息获得船舶静水阻力和船 舶风浪中阻力； 步骤2:对船舶静水阻力、船舶风浪中阻力、船舶推力三个物理量进行预处理； 步骤3:对输入量与输出量进行模糊化，建立论域上的模糊集合，将输入量和输出 量分为大PB、中PM、小PS和零ZO四个等级，所说输入量为船舶静水阻力、船舶风浪中阻力和 船舶推力，所说输出量为船舶航行增阻； 步骤4:根据模糊规则生成输入输出表，根据输入得到船舶航行增阻等级在辨识论 域上的模糊集；步骤5:解模糊化，得到精确的船舶航行增阻等级。步骤4中，模糊规则为IF(满足一组条件)THEN(推出一组结论），具体为： IF(船舶静水阻力为Z0)AND(船舶风浪中阻力为Z0)AND(船舶推力信息为Ζ0)ΤΗΕΝ (船舶航行增阻等级为Z0); IF(船舶静水阻力为Z0)AND(船舶风浪中阻力为PS)AND(船舶推力信息为Ζ0)ΤΗΕΝ (船舶航行增阻等级为PS); IF(船舶静水阻力为Z0)AND(船舶风浪中阻力为PM)AND(船舶推力信息为Ζ0)ΤΗΕΝ (船舶航行增阻等级为PM); IF(船舶静水阻力为Z0)AND(船舶风浪中阻力为PB)AND(船舶推力信息为Ζ0)ΤΗΕΝ (船舶航行增阻等级为PB); IF(船舶静水阻力为PS)AND(船舶风浪中阻力为Z0)AND(船舶推力信息为Ζ0)ΤΗΕΝ (船舶航行增阻等级为Z0); IF(船舶静水阻力为PS)AND(船舶风浪中阻力为PS)AND(船舶推力信息为Ζ0)ΤΗΕΝ (船舶航行增阻等级为PS); IF(船舶静水阻力为PS)AND(船舶风浪中阻力为PM)AND(船舶推力信息为Ζ0)ΤΗΕΝ (船舶航行增阻等级为PM); IF(船舶静水阻力为PS)AND(船舶风浪中阻力为PB)AND(船舶推力信息为Ζ0)ΤΗΕΝ (船舶航行增阻等级为PB); IF(船舶静水阻力为PM)AND(船舶风浪中阻力为Z0)AND(船舶推力信息为Ζ0)ΤΗΕΝ (船舶航行增阻等级为Z0); IF(船舶静水阻力为PM)AND(船舶风浪中阻力为PS)AND(船舶推力信息为Ζ0)ΤΗΕΝ (船舶航行增阻等级为PS)。 步骤1中，船舶航速与船舶航行姿态信息需同时采集，并进行数据计算，得到静水 中和风浪中船舶的航行阻力。 步骤3中，对输入量与输出量进行模糊化时，选取模糊数的隶属函数为三角形函 数。 步骤5中，选用重心法进行输出变量的解模糊化。本专利技术具有的有益效果： 本专利技术依据海浪、海风、海流和船舶推进器的推力数据信息，采集船舶的航速和航 行姿态等信息，得到船舶静水航行阻力信息和船舶在风浪中的航行阻力信息，结合船舶推 进器的推力信息，最后，利用模糊评价的方法得到船舶航行增阻的评估结果。本专利技术利用了 模糊评价的方式，更直观的反映了船舶航行增阻的情况，评价方式更为智能化、更接近人类 思维方式。同时，本专利技术可对船舶航行增阻进行实时评估，为船舶航行姿态控制系统如何减 小船舶控制过程中的航行增阻，如何增加船舶推进器的功率，提供了一种新的参考依据。 本专利技术有效改善了现有船舶控制系统在的不足，在不增加多余设备的基础上通过 对船舶航行姿态数据进行分析处理，评估船舶航行阻力增加的等级，以便船舶控制系统更 好的控制船舶航行姿态，优化船舶航行阻力。【附图说明】图1是本专利技术船舶航行增阻等级评估方法的流程图；图2是本专利技术中基于模糊评价方式的航行增阻等级评估系统结构图。【具体实施方式】 本专利技术的测试过程可利用MATLAB与VC++混合编程实现船舶运动姿态仿真与可视 化界面的结合，对系统的性能进行实验验证。在VC++环境下设计一个船舶航行增阻等级测 评可视化界面，界面内添加四个编辑框，分别用于输入海浪、海风、海流和船舶推进器的推 力数据信息，通过VC++与MATLAB的数据接口，将数据传送到MATLAB中船舶运动仿真的系统 模块。添加一个船舶运动仿真按钮，七个用于显示船舶的航速、艏摇、纵摇、横摇、横荡、纵荡 和垂荡反馈的船舶运动数据信息，点击船舶运动仿真按钮即可显示船舶运动的数据信息。 再加入一个评估命令按钮，三个编辑框，分别用于显示静水航行阻力的数据信息、风浪中航 行阻力的数据信息和船舶航行增阻等级的评估结果信息。得到船舶运动的数据信息和船舶 推进器的推力数据信息之后，再点击评估命令按钮，即可显示船舶静水中阻力、风浪中阻力 和增阻等级的评估结果。设计完该模糊控制器后通过可视化编程界面测试多组数据，通过 观察实验结果可以看出，采用基于模糊评价的船舶增阻等级评估方法，可有效的评估船舶 航行增阻等级。本专利技术的测试过程可利用MTLAB与VC++混合编程实现。如图1所示，为本专利技术的船舶航行增阻评估系统流程图。船舶航行阻力增加评估系 统周期采集船舶的航行姿态信号，当船舶具有航速并且有摇摆的情况下，计算船舶的静水 航行阻力和风浪中航行的阻力，通过模糊化评价的方式给出评价结果。当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶航行增阻等级的评估方法，其特征在于：步骤1：采集船舶航速与船舶航行姿态信息,根据前述信息获得船舶静水阻力和船舶风浪中阻力；步骤2：对船舶静水阻力、船舶风浪中阻力、船舶推力三个物理量进行预处理；步骤3：对输入量与输出量进行模糊化，建立论域上的模糊集合，将输入量和输出量分为大PB、中PM、小PS和零ZO四个等级，所说输入量为船舶静水阻力、船舶风浪中阻力和船舶推力，所说输出量为船舶航行增阻；步骤4：根据模糊规则生成输入输出表，根据输入得到船舶航行增阻等级在辨识论域上的模糊集；步骤5：解模糊化，得到精确的船舶航行增阻等级。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚绪梁，孟令卫，杨光仪，王峰，冯丽媛，王晓伟，徐东泽，丁学超，曾俊，王鹏飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23