一種船舶航行增阻等級的評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及的是一種船舶狀態(tài)評估方法，具體地說是船舶阻力評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的發(fā)展，世界各國大力發(fā)展海上產(chǎn)業(yè)，船舶作為海上運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，?經(jīng)成為人們重視的焦點(diǎn)。由于海上船舶的航行環(huán)境較為復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)受到海風(fēng)、海浪及海流 的干擾，船舶不可避免的會(huì)產(chǎn)生六自由度運(yùn)動(dòng)，船舶產(chǎn)生的六自由度運(yùn)動(dòng)將使船舶的航行 阻力較靜水中的航行阻力有所增加。航行阻力的增加將導(dǎo)致航速的降低，影響螺旋獎(jiǎng)的推 進(jìn)效率，如需保持原有的航速，需增加螺旋獎(jiǎng)的轉(zhuǎn)速。
[0003] 目前，船舶領(lǐng)域?qū)τ诤叫性鲎璧恼J(rèn)識并不夠全面，尤其是關(guān)于船舶航行阻力增加 和船舶航行姿態(tài)內(nèi)在關(guān)系的內(nèi)容，研究的很少。在船舶控制領(lǐng)域，經(jīng)常關(guān)注控制船舶的航行 姿態(tài)，而控制航行姿態(tài)時(shí)，對于航行阻力增加問題幾乎沒有設(shè)及；而關(guān)于船舶航行阻力增加 的研究，國內(nèi)外的研究大多針對船舶設(shè)計(jì)問題，集中在對船舶航行阻力的預(yù)報(bào)，W期在設(shè)計(jì) 的船型具有較小的航行阻力，并且通過航行阻力的預(yù)報(bào)選擇合適的螺旋獎(jiǎng)。在實(shí)際的船舶 航行過程中航行增阻的評估方法，現(xiàn)在幾乎沒有。實(shí)際上，在風(fēng)浪中航行的船舶，其航行增 阻可通過減小其六自由度運(yùn)動(dòng)的方式予W優(yōu)化，例如通過操艙、減搖等方式；在航行增阻被 有效評估之后，可W為如何增加推進(jìn)器功率提供有效的參考，W保持船舶的航行速度。
[0004] 在船舶航行的過程中，船舶控制系統(tǒng)不僅能夠有效的控制船舶的六自由度運(yùn)動(dòng)， 達(dá)到期望的航行姿態(tài)，同時(shí)，還希望在控制的過程中減小船舶的航行增阻，W期達(dá)到航行阻 力和航行姿態(tài)的最優(yōu)化，減小推進(jìn)能量的消耗。船舶的航速信息、船舶的航行姿態(tài)信息及船 舶的推力信息可由船舶上的計(jì)程儀及相應(yīng)的傳感器獲取。未來，由于綠色船舶的需要，必然 要求船舶航行過程中的低能耗，船舶控制系統(tǒng)不僅要使航行姿態(tài)最優(yōu)而且要使船舶航行阻 力最優(yōu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供幫助船舶控制系統(tǒng)更好的控制船舶航行姿態(tài)、優(yōu)化船舶航 行阻力的一種船舶航行增阻等級的評估方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明一種船舶航行增阻等級的評估方法，其特征是：
[0008] (1)采集船舶航速與船舶航行姿態(tài)信息，包括臘搖角速度、臘搖角、縱搖角速度、縱 搖角，對運(yùn)些信息進(jìn)行處理，得到靜水中和風(fēng)浪中船舶航行阻力：靜水中的航行阻力為Fd = av2,風(fēng)浪中船舶的航行阻力為F/ = aV2+br2+cVWr+dW2+eq2+f 0 q+g 02,式中V、r、W、q、 0分別為船舶的航速、臘搖角速度、臘搖角、縱搖角速度和縱搖角，a、b、c、d、e、f、g為各項(xiàng) 的系數(shù)；
[0009] 似得到靜水中船舶航行阻力、風(fēng)浪中船舶航行阻力后，結(jié)合船舶推進(jìn)器的推力信 息，對上述S個(gè)物理量進(jìn)行預(yù)處理：將其分為PB、PM、PS和Z0四個(gè)等級，其中PB表示大，PM 表示中，PS表示小，zo表示零；利用模糊規(guī)則生成輸入輸出表，根據(jù)輸入得到船舶航行增阻 等級在辨識論域上的模糊集，再進(jìn)行解模糊化，得到精確的船舶航行增阻等級。
[0010]本發(fā)明還可W包括： W11] 1、所述的模糊規(guī)則為：
[0012] (1) IF (船舶靜水阻力為Z0) AND (船舶風(fēng)浪中阻力為Z0) AND (船舶推力信息為Z0) T肥N(船舶航行增阻等級為Z0);
[0013] (2) IF (船舶靜水阻力為Z0) AND (船舶風(fēng)浪中阻力為PS) AND (船舶推力信息為Z0) T肥N(船舶航行增阻等級為PS);
[0014] (3) IF (船舶靜水阻力為Z0) AND (船舶風(fēng)浪中阻力為PM) AND (船舶推力信息為Z0) T肥N(船舶航行增阻等級為PM);
[0015] (4) IF (船舶靜水阻力為Z0) AND (船舶風(fēng)浪中阻力為PB) AND (船舶推力信息為Z0) T肥N(船舶航行增阻等級為PB);
[0016] 巧)IF (船舶靜水阻力為PS) AND (船舶風(fēng)浪中阻力為Z0) AND (船舶推力信息為Z0) T肥N(船舶航行增阻等級為Z0);
[0017] 化)IF (船舶靜水阻力為PS) AND (船舶風(fēng)浪中阻力為PS) AND (船舶推力信息為Z0) T肥N(船舶航行增阻等級為PS); 陽〇1引（7) IF (船舶靜水阻力為PS) AND (船舶風(fēng)浪中阻力為PM) AND (船舶推力信息為Z0) T肥N(船舶航行增阻等級為PM);
[0019] (8) IF (船舶靜水阻力為PS) AND (船舶風(fēng)浪中阻力為PB) AND (船舶推力信息為Z0) T肥N(船舶航行增阻等級為PB);
[0020] 巧)IF (船舶靜水阻力為PM) AND (船舶風(fēng)浪中阻力為Z0) AND (船舶推力信息為Z0) T肥N(船舶航行增阻等級為Z0); 陽OW (10) IF(船舶靜水阻力為PM) AND (船舶風(fēng)浪中阻力為PS) AND(船舶推力信息為 Z0) T肥N(船舶航行增阻等級為PS)。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)勢在于：本發(fā)明依據(jù)海浪、海風(fēng)、海流和船舶推進(jìn)器的推力數(shù)據(jù)信息， 采集船舶的航速和航行姿態(tài)等信息，利用本發(fā)明的方法，即可得到船舶靜水航行阻力信息 和船舶在風(fēng)浪中的航行阻力信息，結(jié)合船舶推進(jìn)器的推力信息，最后，利用模糊評價(jià)的方法 得到船舶航行增阻的評估結(jié)果。船舶航行增阻等級評估方法，利用了模糊評價(jià)的方式，更直 觀的反映了船舶航行增阻的情況，評價(jià)方式更為智能化、更接近人類思維方式。同時(shí)，該方 法可對船舶航行增阻進(jìn)行實(shí)時(shí)評估，為船舶航行姿態(tài)控制系統(tǒng)如何減小船舶控制過程中的 航行增阻，如何增加船舶推進(jìn)器的功率，提供了一種新的參考依據(jù)。
【附圖說明】
[0023] 圖1為船舶航行增阻評估系統(tǒng)的流程圖；
[0024]圖2為本發(fā)明中基于模糊評價(jià)方式的航行增阻等級評估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[00巧]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：
[0026]結(jié)合圖1~2,本發(fā)明技術(shù)方案包含W下步驟：
[0027] 1)采集船舶航速與船舶航行姿態(tài)信息（臘搖、縱搖），得到船舶航速和航行姿態(tài)的 信息之后，對運(yùn)些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后可得到靜水中和風(fēng)浪中船舶航行阻力。靜水中的航行 阻力為Fd=aV2,風(fēng)浪中船舶的航行阻力為F/ =aV2+br2+cVWr+dW2+eq2+f0q+g0 2。 陽02引式中V、r、V、q、0分別為船舶的航速、臘搖角速度、臘搖角、縱搖角速度和縱搖 角。a、b、c、d、e、f、g為各項(xiàng)的系數(shù)。
[0029] 2)得到船舶靜水中的航行阻力、風(fēng)浪中船舶航行阻力后，結(jié)合船舶推進(jìn)器的推力 信息，對=個(gè)物理量進(jìn)行預(yù)處理，將其分為大（PB)、中（PM)、?。≒巧和零狂0)四個(gè)等級；利 用模糊規(guī)則生成輸入輸出表，如IF(船舶靜水阻力為小（P巧）AND(船舶風(fēng)浪中阻力為中等 (PM)AND(船舶推力信息為?。≒巧）T肥N(船舶航行增阻等級為中等（PM));根據(jù)輸入可得到 船舶航行增阻等級在辨識論域上的模糊集，再進(jìn)行解模糊化，得到精確的船舶航行增阻等 級。
[0030] 本發(fā)明的測試過程可利用MTLAB與VC++混合編程實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)動(dòng)姿態(tài)仿真與可視 化界面的結(jié)合，對系統(tǒng)的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，步驟如下：在VC++環(huán)境下設(shè)計(jì)一個(gè)船舶航行 增阻等級測評可視化界面，界面內(nèi)添加四個(gè)編輯框，分別用于輸入海浪、海風(fēng)、海流和船舶 推進(jìn)器的推力數(shù)據(jù)信息，通過VC++與MTLAB的數(shù)據(jù)接口，將數(shù)據(jù)傳送到MTLAB中船舶運(yùn) 動(dòng)仿真的系統(tǒng)模塊。添加一個(gè)船舶運(yùn)動(dòng)仿真按鈕，屯個(gè)用于顯示船舶的航速、臘搖、縱搖、橫 搖、橫蕩、縱蕩和垂蕩反饋的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息，點(diǎn)擊船舶運(yùn)動(dòng)仿真按鈕即可顯示船舶運(yùn)動(dòng) 的數(shù)據(jù)信息。再加入一個(gè)評估命令按鈕，=個(gè)編輯框，分別用于顯示靜水航行阻力的數(shù)據(jù)信 息、風(fēng)浪中航行阻力的數(shù)據(jù)信息和船舶航行增阻等級的評估結(jié)果信息。得到船舶運(yùn)動(dòng)的數(shù) 據(jù)信息和船舶推進(jìn)器的推力數(shù)據(jù)信息之后，再點(diǎn)擊評估命令按鈕，即可顯示船舶靜水中阻 力、風(fēng)浪中阻力和增阻等級的評估結(jié)果。
[0031] 設(shè)計(jì)完該模糊控制器后通過可視化編程界面測試多組數(shù)據(jù)，通過觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果可 W看出，采用基于模糊評價(jià)的船舶增阻等級評估方法，可有效的評估船舶航行增阻等級。本 發(fā)明的測試過程可利用MTLAB與VC++混合編程實(shí)現(xiàn)。
[0032] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：
[0033] 如圖1所示，為本發(fā)明的船舶航行增阻評估系統(tǒng)流程圖，該流程圖顯示出了船舶