船舶4自由度模型
船舶动力定位系统的数学模型
control. Modeling , Identification and Control. 1980 , Vol.
1 ,No. 3 :135263. 3 Fung P T K , Grimble M J . Dynamic ship positioning using a
舶的数学模型 :
x = A x + B u + Eω
z = Hx +ν
(17)
式中
,
x
=
[
x
T L
,
x
T H
,
x
T c
,
x
T w
,τT
]T
为状态变量 ,
u
=
τL +τw 是输入向量 ,输出向量 z = [ z x , z y , zΨ , z ws ,
z w d ]分别表示船舶纵荡位置 、横荡位置 、艏摇角度 、
本文给出了针对船舶动力定位控制系统所应用的船舶运动模型包括低频运动模型高频运动模型同时还给出了作为环境干扰力的风流等数学模型以及考虑动态特性的固定坐标系和随船坐标系定义固定坐标系下船舶的位置和艏摇角度向量sinco船舶工程272002船舶低频运动模型根据文献可以得知船舶的低频运动模型为kw参数kw与海况有关表示波浪p2m将其转化为状态空间形式可得如下的高频运动模型rl表示低频速度向量用于描述船舶未建模的动态特性和扰动
风速和风向 。ν和ω都为零均值高斯白噪声 。
5 参考文献
1 T. Fossen. Guidance and control of ocean vehicles. New
船舶运动的六个自由度
船舶运动的六个自由度船舶是一种水上交通工具，它可以在水上自由行驶。
船舶运动的六个自由度是指在三维空间中，船舶可以进行六种运动，这些运动包括：横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和偏移。
下面将对这六个自由度进行详细的介绍。
一、横摇横摇是指船体绕纵轴旋转的运动。
当外部力矩作用于船体时，会引起船体发生横摇。
例如，在海浪中行驶时，海浪的冲击力会使得船体产生横向振动，从而引起横摇。
二、纵摇纵摇是指船体绕横轴旋转的运动。
当外部力矩作用于船体时，会引起船体发生纵摇。
例如，在大浪中行驶时，浪头和浪谷的冲击力会使得船体产生前后振动，从而引起纵摇。
三、艏摇艏摇是指船首向左或向右侧倾斜的运动。
当外部力矩作用于艏部时，会引起艏部发生摇晃，从而引起艏摇。
例如，在强风中行驶时，风力会使得船首向左或向右倾斜，从而引起艏摇。
四、横荡横荡是指船体在水平方向上的移动。
当外部力矩作用于船体时，会引起船体发生横向位移，从而引起横荡。
例如，在强浪中行驶时，海浪的冲击力会使得船体产生侧向位移，从而引起横荡。
五、纵荡纵荡是指船体在垂直方向上的移动。
当外部力矩作用于船体时，会引起船体发生垂直位移，从而引起纵荡。
例如，在大浪中行驶时，浪头和浪谷的冲击力会使得船体产生上下位移，从而引起纵摇。
六、偏移偏移是指船体在水平面内的旋转运动。
当外部力矩作用于船体时，会使得船体绕一个轴线旋转，并且这个轴线与纵轴和横轴都不重合。
这种运动称为偏移。
例如，在强风中行驶时，风力会使得船体绕一个轴线旋转，从而引起偏移。
总结：船舶运动的六个自由度包括横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和偏移。
这些自由度的存在使得船体可以在三维空间中自由运动，并且能够适应不同的水上环境。
对于船员来说，了解船舶运动的六个自由度是非常重要的，因为只有了解了这些自由度，才能够更好地掌握船体运动规律，从而保证航行安全。
基于神经网络的四自由度船舶操纵运动预报
有着很大 的影响 。由于非线性船舶运动系统的复杂性和对参数的敏感性，寻求有效的方法预报横摇运
动 的幅值 、速 度 以及加 速度 ，是船 舶操 纵运 动研 究 的热 点之一 。
Ｓ ｏ ｎ和 Ｎｏ ｍｏ ｔ ｏ ［ １ ］ 采用 Ｐ ＭＭ （ Ｐ ｌ ａ ｎ ａ ｒ Ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ）试验 的方法 ，计算 ￥ １ ７ ５型集装 箱船 的四
５ ４卷
第 ４期（ 总第 ２ ０ ７期 ）
中
国
造
船
、 ， ０ １ ５ ４ Ｎｏ ． ４（ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． ２ ０ ７ ）
Ｄｅ ｃ ．２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 ｌ ２ 月
Ｓ Ｈ Ｉ Ｐ Ｂ Ｕ Ｉ Ｌ ＤＩ ＮＧ Ｏ Ｆ Ｃ ＨＩ ＮＡ
文章编号 ：１ ０ ０ ０ — ４ ８ ８ ２（ ２ ０ １ ３ ）０ ４ — ０ １ ５ ５ ． ０ ８
（ ＋ ｒ ＋％ ｉ ＇ － ｚ ｏ ｂ ） 一
户 ＋ ｍ ｘ ｏ （ ￣ ＋ Ｕ Ｆ ） ＝ Ｎ
—
ｍ ｚ Ｇ （ １ ＝ ， ＋ ） ： — Ｗ． 一 Ｇ Ｍ． 、 分别为绕 轴和 Ｏ Ｚ轴的转动惯量， 、ｚ 。 分别
式中，ｍ、 分别为船舶的质量和重量，
为船舶重心在随船运动坐标系中的纵向坐标和垂向坐标， 丽 为在随船运动坐标系中的稳心高度； Ｐ为
船操纵运动中的横摇。
本文 结合 船 舶操 纵运 动 中横摇 运 动 的特 点 ，建立 基 于径 向基 神经 网络 方 法 的四 自由度 船 舶操 纵运 动 预报 模 型 。采 用 该预报 模 型 ，通过 部分 ５ 。 ／ ５ 。 、１ ０ 。 ／ １ ０ 。 、１ ５ 。 ／ １ ５ 。 、２ ５ 。 ／ ２ ５ 。 、３ ０ 。 ／ ３ ０ 。 Ｚ形试 验和 ｌ ５ 。 、 ２ ５ 。 回转试 验 的仿真 数据 训练 该 神经 网络 ，预报 １ ０ 。 ／ １ ０Байду номын сангаас。 Ｚ形操 纵运 动 ，并将 预报 结果 与仿 真试 验值进
【技术】全垫升气垫船驾驶控制技术综述
【关键字】技术全垫升气垫船驾驶控制技术综述一、概述当常规水面舰艇在海上航行时，由于受到水的阻力，航行速度比较缓慢。
虽然随着技术的发展，船体结构以及动力装置有很大进步，但常规动力单体船航行速度一般在20至30节，传统模式下速度的可提升空间似乎很小。
由此，气垫船应运而生。
气垫船的工作原理如下：在船底部安放一个气垫装置，使船体与水面或者地面不直接接触，看起来好像悬浮在空中一样，从而很大程度上降低了航行阻力。
船上的发动机将气体由船的上方和四周压入气垫，然后从船底部喷出。
船的底部由橡胶围成，并且具有一定的韧性，由于进气速度与排气速度的差异，使得橡胶带内充满气流，这股气被橡胶带密封在船底部，从而形成一个气垫，隔离船体与水面。
由于气垫的隔离作用，使气垫船做到了水陆两用的功能在许多方面得到充分应用。
而气垫船在航行姿态方面，一般用肉眼很难发现，习惯上看一下船尾水面基本是平坦的，船梢有抬首即可。
气垫船按照航行状态主要分为全垫升气垫船和侧壁式气垫船两种船型。
全垫升气垫船：船的全部重量由围裙式的气垫撑起，使得船体与水面或者地面隔离，以大幅减小航行阻力，通过空气螺旋桨推进控制，获得超高的航行速度和两栖性能。
垫升式气垫船不但可在冰雪、、礁滩上航行，也可在无码头设施的沿海岛屿停靠，实施无码头组织不间断的后勤补给，有利于向纵深突击；同时也是猎雷艇、扫雷艇的理想艇型。
另外，还可用于在浅滩、滩涂、岛屿间担负巡逻警戒、交通运输、抢险救灾等任务。
全垫升气垫船系统主要包括垫升系统，推进系统和操纵面系统三部分。
垫升系统一般包括垫升风扇，进气口，围裙和气道。
垫升风扇将空气通过进气口压入围裙，产生气垫将船体托起水面。
通过对进气口与气道的有效操作，来控制气垫船的漂浮状态，提高气垫船的越障能力，使气垫船获得两栖作战的优越性能。
推进系统一般指的是以空气螺旋桨为主的空气推进装置，当全垫升气垫船在恶劣环境下行驶时，空气螺旋桨极易遭到损坏，现在人们开始考虑导管螺旋桨。
小水线面双体船四自由度操纵运动建模
小水线面双体船四自由度操纵运动建模双体船是一种具有非对称外形的船舶，具有很好的生产效率和航行性能。
而为了让双体船能够更加灵活地操纵，需要对其进行四自由度操纵运动的建模，以便于控制船舶的姿态、速度和位置等信息。
下面我们来一起了解一下小水线面双体船四自由度操纵运动建模的具体过程。
一、船舶坐标系的建立首先需要建立船舶坐标系，以便于描述船舶的运动状态。
在小水线面双体船中，通常采用惯性坐标系作为参考系，船体原点位于船体的质心处。
建立船舶坐标系的过程中需要考虑船体的长度、宽度和高度等因素，并对坐标系的方向进行确定。
二、船舶的自由度在进行船舶运动建模过程中，需要考虑船舶的自由度。
对于小水线面双体船而言，其可分为四个自由度，分别为纵向、横向、滚动和偏航自由度。
其中纵向自由度是指船舶在航行方向上的运动，横向自由度是指船舶在航行平面上的运动，滚动自由度是指船舶绕纵向轴旋转的运动，偏航自由度是指船舶绕垂直轴旋转的运动。
三、船舶运动方程的建立在进行船舶的运动方程建立时，需要考虑船舶的受力情况。
根据牛顿第二定律，可得到船舶的运动方程：F=ma其中，F表示船舶所受的力，m为船舶的质量，a则是船舶的加速度。
对于船舶的受力情况，可以通过分析船舶的运动特征得出。
四、航向稳定和自动控制在进行船舶运动建模的过程中，还需考虑船舶的航向稳定和自动控制。
其中，航向稳定主要以船舶的动态、静态稳态、操纵性能的分析为主，通过设计控制系统的参数，使得船舶尽可能地满足特定的操纵要求。
同时，还需分析船舶受到的风、流等外界因素的影响，进而确定船舶的理论最佳航线、最优操纵方法等内容。
总之，小水线面双体船四自由度操纵运动建模是一项非常复杂的工作，需要对船舶的结构、运动特性和控制系统等多个方面进行深入研究，才能够确定最优的运动模型。
通过对船舶四自由度的操纵模型的建立，不仅可以为船舶的操纵提供科学依据，同时也可以为后续的船舶设计、制造和应用提供有力的支持。
为了对某个系统或者现象进行深入研究，相关数据的采集和分析是非常必要的。
行为安全“2-4”模型在海上船舶安全管理中的应用
行为安全“2-4”模型在海上船舶安全管理中的应用行为安全“2-4”模型是一种以行为安全管理为主要内容的安全管理模型，该模型通过对员工的行为进行分析和改善，来提高整体安全管理水平。
在海上船舶安全管理中，有效应用这一模型可以帮助船舶管理者更好地管理和控制船舶上的安全风险，保障船员和船舶的安全。
本文将介绍行为安全“2-4”模型的基本概念，并分析其在海上船舶安全管理中的应用。
行为安全“2-4”模型是由美国安全专家韦德·罗德格斯提出的，该模型主要包括两个部分：“2”代表“活动”，“4”代表“行为”。
其中“2”指的是人的活动，即人在工作中所做的各种行为活动；“4”指的是人的行为，即人在工作中所表现出的各种行为习惯和态度。
该模型强调了员工的行为对安全管理的重要性，强调了通过改善员工的行为来提高整体安全管理水平。
1. 识别和分析船员的行为活动海上船舶是一个复杂的工作环境，船员在工作中会面临各种各样的安全风险。
船舶管理者可以通过对船员的行为活动进行识别和分析，了解他们在工作中的具体行为习惯和态度，从而找到安全管理的薄弱点和问题所在。
通过行为安全“2-4”模型的分析，船舶管理者可以全面了解船员的安全行为状态，为今后的安全改进提供依据。
2. 制定安全行为准则和标准基于对船员行为的识别和分析，船舶管理者可以针对不同的行为活动和习惯制定相应的安全行为准则和标准。
通过制定明确的安全行为规范，可以使船员在工作中更加注重安全，减少安全风险的发生。
船舶管理者还可以通过对安全行为的标准化管理，及时发现和纠正违反安全规范的行为，提升船员的安全意识和自我约束能力。
3. 培训和教育船员安全行为船舶管理者可以根据船员的实际情况和行为特点，开展相关的安全行为培训和教育活动。
通过向船员普及安全知识、培养安全技能，引导他们树立正确的安全态度，提高他们的安全行为水平。
在培训和教育中，可以结合现场实际情况，通过模拟演练等方式，帮助船员更好地理解和掌握安全工作方法，增强他们应对突发事件和危险情况的能力。
船舶运动模型
X m(u v ) Y m(v u ) xG u cos v sin 两坐标系运动关系 N I z
yG u sin v cos
7
X mxG Y0 myG N I z
9 June 2013
二、运动坐标系统下的船舶运动微分方程
3、运动坐标系
O xyz (O G )
4、运动微分方程 u uG 速度关系 v vG xG
力矩关系 惯性矩关系
N NG m(vG uG ) xG
2 I z I zG mxG
G xyz
6 9 June 2013
二、运动坐标系统下的船舶运动微分方程
1、运动坐标系
.
G xyz
. .. ..
t 0
2、运动微分方程
t
X 0 , Y0 , N , xog , yog , xog , y og , I z
. .
X , Y , N , u, v, u, v, I z
X 0 X cos Y sin 两坐标系力关系 Y0 Y cos X sin
X m(u v ) Y m(v u ) xG u cos v sin 两坐标系运动关系 N I z
yG u sin v cos
8
X mxG Y0 myG N I z
11
O xyz (O G )
G xyz
X m(u v ) Y m(v u ) N I z
O x y z
X mxG Y myG N I z
9 June 2013
CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动
CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动王建华;万德成【摘要】[目的]船舶回转操纵运动能够反映出船舶的回转特性,与船舶的航行安全密切相关.[方法]为此,采用基于重叠网格技术的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对标准船模ONRT在波浪中自由回转操纵运动进行直接数值模拟.运用动态重叠网格技术求解船、桨、舵系统复杂运动,计算中,螺旋桨转速对应于静水中的船模自航点进行35°转舵,实现自由回转船舶操纵运动.通过全粘性流场的整体求解,给出波浪中自由回转操纵运动中船舶六自由度运动、螺旋桨和舵的水动力载荷变化,以及波浪中船舶的回转圈特征参数,并与同试验结果进行对比.通过数值计算得到精细的流场信息,分析波浪对船舶自由回转操纵运动的影响.[结果]数值预报得到的船舶运动轨迹、回转圈参数与试验值吻合较好,证明naoe-FOAM-SJTU求解器对于波浪中船—桨—舵相互作用下的船舶自由回转操纵运动数值预报的适用性和可靠性.[结论]船舶回转操纵运动的数值模拟,可为回转性能的评估提供有效的前期评估手段.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2019(014)001【总页数】8页(P1-8)【关键词】船舶操纵性;自由回转;船—桨—舵相互作用;naoe-FOAM-SJTU求解器;重叠网格方法【作者】王建华;万德成【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】U661.330 引言船舶操纵运动可以反映出船舶在航行过程中的机动性、回转特性和航向的纠偏能力。
操纵性能的优劣与船舶的航行安全和能耗息息相关，其重要性不言而喻。
行为安全“2-4”模型在海上船舶安全管理中的应用
行为安全“2-4”模型在海上船舶安全管理中的应用行为安全“2-4”模型是一种针对行为安全管理的模型。
它的核心思想是通过对人员的安全行为进行激励和引导，从而形成良好的安全文化和行为习惯，提高海上船舶安全管理的效果。
下面将详细介绍该模型在海上船舶安全管理中的应用。
行为安全“2-4”模型的“2”是指："Two way Traffic(双向交流)"。
在海上船舶安全管理中，需要建立起上下级之间、部门之间、船舶与岸基组织之间的良好沟通机制。
通过定期的安全会议、安全培训和信息交流，及时传递和反馈有关海上船舶安全的信息，确保船舶上的每个人都了解并遵守相关的安全规定。
行为安全“2-4”模型的“4”是指："Fourth-coming (预见性)"。
在海上船舶安全管理中，需要提前预见可能出现的安全风险和危险，采取相应的预防措施。
对于可能发生的安全事件，需要提前进行风险评估，确定相应的应对措施，并制定相应的应急预案。
通过预见性管理，可以最大限度地减少事故和损失的发生。
行为安全“2-4”模型还强调了对安全行为进行积极激励和引导。
在海上船舶安全管理中，激励和引导是促使人们形成良好安全行为的关键。
通过建立激励机制，及时奖励那些遵守安全规定、积极参与安全活动的人员，从而增强人们的安全意识和责任感。
通过制定明确的安全目标，为船舶上的每个人提供明确的行为引导，减少安全风险。
行为安全“2-4”模型的应用还需要对相关人员进行充分的培训和教育。
在海上船舶安全管理中，培训和教育是提高人员安全意识和知识水平的重要手段。
通过定期的安全培训和教育活动，向船舶上的每个人传达安全管理的重要性和具体要求，提高人员对海上船舶安全的认知和掌握相关技能，从而提高船舶的安全管理水平。
行为安全“2-4”模型在海上船舶安全管理中的应用具有重要的意义。
通过双向交流、预见性管理、积极激励和引导以及培训教育，可以有效提高船舶上的安全文化和行为习惯，最大限度地减少事故和损失的发生，确保船舶安全运行。
船舶运动的六个自由度
船舶运动的六个自由度介绍船舶在水中运动时，可以发生六个不同的自由度的运动。
这些自由度是指船舶顺、横、纵向的运动自由度以及绕三个轴的旋转自由度。
本文将详细介绍船舶运动的六个自由度，并探讨其对船舶的影响。
顺向运动自由度顺向运动自由度是指船舶在纵向方向上的运动能力。
主要包括以下几个方面： 1. 船舶的前后运动：船舶可以根据需要前进或后退，实现前后运动的能力对于船舶的动力性能和操纵性能至关重要。
2. 船舶的加速和减速：船舶可以通过增大或减小推力来改变速度，从而实现加速和减速。
加速和减速的能力对于船舶的运输效率和安全性都非常重要。
3. 船舶的停止和启动：船舶可以通过完全停止推力来停止。
启动时，船舶需要进行一系列动作，包括开始推进、瓦解锚定等。
横向运动自由度横向运动自由度是指船舶在横向方向上的运动能力。
主要包括以下几个方面： 1. 船舶的左右移动：船舶可以根据需要左右移动，实现在水中的横向运动。
这对于船舶的横向稳定性和操纵性是很重要的。
2. 船舶的横摆运动：船舶可以进行左右摇摆运动，这对于船舶的横向稳定性和舒适性有着重要的影响。
3. 船舶的横向加速和减速：船舶可以通过改变横向推力大小和方向来实现横向加速和减速。
纵向运动自由度纵向运动自由度是指船舶在纵向方向上的运动能力。
主要包括以下几个方面： 1. 船舶的上下浮动：船舶可以在水中上下浮动，这是由于船舶的浮力和重力之间的平衡关系。
2. 船舶的纵摇运动：船舶可以进行前后摇摆运动，这对于船舶的纵向稳定性和舒适性有着重要的影响。
3. 船舶的纵向加速和减速：船舶可以通过改变纵向推力大小和方向来实现纵向加速和减速。
绕横纵向轴的旋转自由度绕横纵向轴的旋转自由度是指船舶围绕横向轴和纵向轴的旋转能力。
主要包括以下几个方面： 1. 船舶的滚动：船舶可以绕横向轴进行滚动运动，即船舶一侧升起而另一侧下沉。
滚动对于船舶的稳定性和舒适性有着重要影响。
2. 船舶的俯仰：船舶可以绕纵向轴进行俯仰运动，即船舶的船头上沉或下沉。
行为安全“2-4”模型在海上船舶安全管理中的应用
行为安全“2-4”模型在海上船舶安全管理中的应用行为安全“2-4”模型是一种用于促进组织员工安全行为的管理模型。
这个模型包括两个关键要素：“2”代表了目标适应性（Goal Adaptation）和行为自我调节能力（Self-Regulation），而“4”则代表了认知和行为可控能力（Cognitive and Behavioral Control）、行为透明度（Behavioral Transparency）、行为一致性（Behavioral Consistency）以及行为持久性（Behavioral Persistence）。
在海上船舶安全管理中应用行为安全“2-4”模型，可以帮助船舶公司和船员更好地管理和促进安全行为，提高船舶的安全性能和安全文化。
以下是该模型在海上船舶安全管理中的具体应用。
1. 目标适应性（Goal Adaptation）：船舶公司应明确并传达安全目标，并将其与其他目标进行整合，以便保证安全目标得到充分的优先考虑。
公司还应制定相应的安全指标，使船员能够了解安全目标的达成情况，并调整自己的安全行为以适应这些目标。
2. 行为自我调节能力（Self-Regulation）：船舶公司应提供培训和教育，帮助船员掌握适应安全要求的知识和技能，增强他们对于危险情况的识别和应对能力。
船员应有自我监控和自我评估的能力，以便在发现自己或他人的不安全行为时，主动进行调整和纠正。
3. 认知和行为可控能力（Cognitive and Behavioral Control）：船舶公司应为船员提供安全规程和程序，确保船员对安全操作有准确的认知，并具备相应的行为控制能力。
公司可以通过船舶上的技术设备，监测和记录船员的行为，以确保他们能够按照规定的流程和标准进行工作。
4. 行为透明度（Behavioral Transparency）：船舶公司应建立一个开放和透明的安全文化，鼓励船员主动报告不安全行为和隐患，以及提出改善措施和建议。
行为安全“2-4”模型在海上船舶安全管理中的应用
行为安全“2-4”模型在海上船舶安全管理中的应用海上船舶安全管理一直是各国海事管理部门和船舶运营公司关注的重点工作。
在海上船舶工作环境中，各种危险和安全风险都存在，需要通过科学有效的管理方法来确保船舶和船员的安全。
行为安全“2-4”模型是一种常用的安全管理模型，该模型可以帮助船舶管理者和船员有效地识别、分析和管理船舶安全风险，从而提高海上船舶的安全管理水平。
本文将探讨行为安全“2-4”模型在海上船舶安全管理中的应用，并分析其在海上船舶安全管理中的重要性和有效性。
我们来介绍一下行为安全“2-4”模型。
行为安全“2-4”模型是从行为心理学和安全管理学的角度出发，提出的一种安全管理模型。
该模型包括两个部分，即“2”和“4”。
其中“2”代表两种基本的行为类型，即符合规范的行为和不符合规范的行为。
符合规范的行为是指符合安全规章制度、操作规范和相关安全要求的行为，而不符合规范的行为则是指与安全规章制度、操作规范和相关安全要求相违背的行为。
而“4”代表四种行为变化的原因，即技术因素、人因素、管理因素和环境因素。
技术因素是指与技术设备、工艺流程等相关的因素；人因素是指与人的行为、态度、意识等相关的因素；管理因素是指与组织管理、领导管理、安全管理等相关的因素；环境因素是指与工作环境、自然环境等相关的因素。
行为安全“2-4”模型通过分析和管理这些行为类型和行为变化的原因，可以帮助管理者和从业人员有效地识别和管理安全风险，从而提高安全管理水平。
在海上船舶安全管理中，行为安全“2-4”模型可以起到重要的作用。
海上船舶作业环境复杂多变，各种安全隐患和风险都存在。
船舶管理者和船员需要通过科学有效的方法来识别和管理这些安全风险，以确保船舶和船员的安全。
而行为安全“2-4”模型正是一种科学有效的安全管理模型，可以帮助管理者和船员识别和分析船舶安全风险，从而采取相应的管理措施。
海上船舶管理涉及到众多的因素和环节，需要综合考虑技术、人员、管理和环境等多方面因素。
基于MMG标准的船舶四自由度操纵运动仿真
基于MMG标准的船舶四自由度操纵运动仿真黄蓉蓉;李星【摘要】为设计优良的操纵运动控制系统,基于MMG标准方法,构建了纵荡—横荡—横摇—艏摇四自由度运动方程.首先,详细介绍了MMG标准操纵性数值仿真模型及操纵运动仿真方法,其中横摇仿真考虑了粘性横摇阻尼力矩和静水回复力矩的影响.其次,利用Matlab对基于MMG标准方法的船舶四自由度运动方程进行建模,并针对某集装箱船开展回转操纵运动仿真.结果显示:基于MMG标准模型进行的船舶操纵运动快速预报具备较好的预报精度.【期刊名称】《江苏船舶》【年(卷),期】2018(035)005【总页数】3页(P9-11)【关键词】MMG标准方法;集装箱船;操纵运动数值仿真【作者】黄蓉蓉;李星【作者单位】江苏润扬船业有限公司,江苏扬州225217;江苏润扬船业有限公司,江苏扬州225217【正文语种】中文【中图分类】U675.90 引言船舶操纵性对于船舶航行安全至关重要。
为设计优良的操纵运动控制系统，需要对船舶进行操纵运动仿真，获得其操纵运动性能。
日本JTTC的MMG小组于1977年[1]提出了MMG(Maneuvering Modeling Group)操纵运动方程，并针对MMG方法使用的数学模型及水动力系数进行了诸多研究[2-4]。
传统的MMG方程使用纵荡—横荡—艏摇三自由度运动方程，而针对高速舰船以及初稳性高GM 值较小的船舶如集装箱船，其操纵运动对横摇方程的影响不容忽视，需要考虑纵荡—横荡—艏摇—橫摇四自由度运动方程。
同时为使得MMG方程变得更为通用，需要对MMG方程进行标准化研究[5]，并对MMG方程的细节进行标准化。
目前国内针对四自由度MMG方程也开展了较多研究[6-8]，但主要研究传统四自由度MMG方程。
本文基于MMG标准方程，进一步构建了纵荡—横荡—横摇—艏摇四自由度运动方程，详细介绍了MMG分离型船桨舵数学表达，并以某集装箱船为对象，开展不同舵角下操纵性数值仿真试验，验证该方法在实际尺度下进行操纵性预报的可行性。
船舶4自由度响应型数学模型的研究的开题报告
船舶4自由度响应型数学模型的研究的开题报告一、选题背景和意义船舶在海上航行时受到海浪的作用，往往会出现一定的摇晃、颠簸等情况，这会对船舶的安全、船员的舒适度以及货物的运输造成影响。
因此，研究船舶在海上的运动特性对于提高船舶的安全性、航行稳定性以及载货能力都有着非常重要的意义。
目前，船舶的运动特性可以用数学模型来描述，其中，船舶自由度响应模型是其中一个比较重要的模型。
船舶自由度响应模型可以用于预测海浪作用下船体的振动响应，并且可以确定船舶的各项运动特性，例如艏向、横摇、横向移位和纵向沉浮等四个方向的自由度。
因此，本研究将针对船舶的四个自由度响应建立数学模型，以期为船舶在海上运行中的航行稳定性提供技术支持。
二、研究内容和研究方法本研究的主要内容是针对船舶的四个自由度响应建立数学模型，模型包括横向移位、艏向、横摇和纵向沉浮四个自由度。
研究的具体内容包括：1. 了解船舶的四个自由度运动特性，包括横向移位、艏向、横摇和纵向沉浮。
2. 研究船舶在海浪作用下的运动特性，并建立船舶在海浪作用下的振动响应模型。
3. 根据船舶的几何特性和物理特性，建立船舶四个自由度响应模型，包括横向移位模型、艏向模型、横摇模型和纵向沉浮模型。
4. 利用MATLAB等数学软件，对船舶的四个自由度响应模型进行计算和仿真，分析其运动特性和响应性能。
本研究的研究方法主要包括文献资料查阅、数学建模与分析、数值计算仿真等。
三、预期成果和研究意义本研究的预期成果主要包括以下几个方面：1. 建立船舶的四个自由度响应模型，包括横向移位模型、艏向模型、横摇模型和纵向沉浮模型。
2. 对船舶的四个自由度响应模型进行计算和仿真，分析其运动特性和响应性能。
3. 提供一种新的方法来研究船舶在海上运行的运动特性，为提高船舶的航行稳定性和减少其振动响应提供一种技术支持。
本研究的意义主要体现在以下几个方面：1. 可以为提高船舶的航行稳定性和减少其振动响应提供一种技术支持，提高船舶在海上运行的安全性和可靠性。
海上拖带系统4自由度建模与仿真
究 已 进 人 实 际 应 用 阶 段 ，目 前 Ｄｅ ｍａｋ（ ｏｃ ｎ ｒ Ｆ ｒｅ
Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ 、 ＡＲ Ｎ 和 Ｋｏ ｇ ｂ ｒ ｃ ｎ ｌｇ ） Ｍ Ｉ ｎ ｓ ｅｇ已 将 研 究 成 果
应用 到 大型 船舶模 拟器 和拖 船 船 长 的培 训 中 ， 中 其
Ｄｅ ｍａ ｋ Ｆ ｒｅ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｎ ｒ （ ｏ ｃ ｃ ｎ ｌｇ ）的 研 究 成 果 最 为 显
海上 拖带 可分 为沿 海 拖 带 和 远 洋 拖 带 ， 上 拖 海 带 包 括海 上救 助 、 带 大型 船舶 及大 型水 上 建筑物 ， 拖
的研究 还处 于建 模 阶段 。严似 松ｌ 等 建立 了考 虑风 ＿ ７
浪 影 响下 的 ３Ｄ （ ｅ ｒｅｏ ｒｅ ｏ 模 型 、 － ＯＦ Ｄ ｇ ｅ ｆ ｅｄ ｍ） Ｆ 梁康 乐 ［ 等 初步 建立 了考 虑浅 水影 响 的 ３ＤＯＦ模 型 、 。 － 朱 军 等人 侧 重 于拖缆 张力 的研究 。 在前 人 理 论 和 实 验 研 究 的 基 础 上 ， 立 了 ４ 建 一
具有指导 意义 。 关键 词 ： 路 运 输 ；海 上 拖 带 ；４自由 度 ； 舶 旋 回性 ；船 舶 运 动 数 学 模 型 水 船 中 图 分 类 号 ： ６ ． Ｕ６ １ ３ 文 献 标 志码 ： Ａ
４ ＤＯＦ Ｍ ｏ ｅ ｉ ｎｄ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｉ ｅ Ｔｏ ｎｇ Ｓ ｓ ｅ － ｄ ｌｎｇ ａ ｉ ｌ ｔｏ ｆ Ｍ ｒ ｎ ｗｉ ｙ ｔ ｍ
Ｓｕ ｏ ｇｂ ｎ Ｈ ｎ ｏ， Ｗ ｅ ｇ ｎ Ｙｕｅ ｏ ｇ ｚｎ
（ ｖｇ ｔ ｎ Ｃ ｌ ｇ ，Ｊｍｅ ｎｖ ｒ ｉｙ Ｎａ ｉａｉ ｏ ｌ ｅ ｉ ｉ ｏ ｅ Ｕ ｉ ｅｓｔ ，Ｘｉｍｅ ６ ０ １ ，Ｃｈ ｎ ） ａ ｎ３ １ ２ ｉａ
船舶运动的六个自由度耦合关系
船舶运动的六个自由度耦合关系船舶运动的六个自由度耦合关系，听起来就像一部复杂的舞蹈剧。
大家想象一下，船在水面上摇摆、翻滚、前进、后退，甚至左右摆动，真是像一位大侠在海上飞舞，既优雅又刺激。
说到六个自由度，首先要提到的就是“纵向运动”，这就是船向前后移动，像是在海上滑行，速度快了就像飞一样。
接下来就是“横向运动”，也就是船左右摆动，想象一下在海浪的推动下，船就像在跟海浪打招呼，左摇右晃，真是惬意。
再来是“垂直运动”，这部分可是让人意想不到，船可以上下浮动，跟着潮水的变化，像是在水中跳舞，有时候高高在上，有时候又低低的。
然后我们就得聊聊“滚转”，也就是船的前后倾斜，船就像在做俯卧撑，时而挺胸向前，时而又要低头，真是考验平衡感。
紧接着是“偏航”，这可是一门艺术，船在水面上转向，轻松自如，仿佛一位老船长在指挥着乐队，海浪、风声都成为了他的伴奏。
最后一个就是“俯仰”，这也是个挺有意思的动作，船在水中上下颠簸，像是人在玩蹦床，大家都知道这会带来一番别样的体验。
有些时候，大家在船上晃动，心里可是像打翻了五味瓶，既刺激又紧张。
你可想而知，六个自由度就像是船在海上的舞步，每一个动作都跟其他动作紧密相连，耦合得非常好。
就像老话说的，“一荣俱荣，一损俱损”，只有当船的每个自由度都协调起来，才能在波涛汹涌中稳稳前行。
再说了，这可不仅仅是理论问题，船舶的设计师、工程师们可得好好研究这些关系，才能确保船在各种情况下都能保持平稳。
一点小小的波动，就可能导致船体的不适应，想想都让人心惊。
可怜的船员们就像在坐过山车，得时刻保持警惕，操控着这庞然大物，让它不至于失控。
理解这六个自由度的耦合关系，也可以让我们更好地应对现实中的各种挑战。
生活中，咱们也常常需要兼顾多方面的事情，平衡各种需求，才能让事情顺利进行。
这不就像船的运动一样吗？每个动作都需要考虑到其他动作的影响，才能游刃有余地面对风浪。
船舶在运动中的这六个自由度，不仅关乎航行的安全，还影响着航行的效率。
第6章 船舶运动控制系统建模应用
第6章船舶运动控制系统建模应用6.1 引言数学模型化(mathematical modelling)是用数学语言(微分方程式)描述实际过程动态特性的方法。
在船舶运动控制领域，建立船舶运动数学模型大体上有两个目的：一个目的是建立船舶操纵模拟器(ship manoeuvring simulator)，为研究闭环系统性能提供一个基本的仿真平台；另一个目的是直接为设计船舶运动控制器服务。
船舶运动数学模型主要可分为非线性数学模型和线性数学模型，前者用于船舶操纵模拟器设计和神经网络控制器、模糊控制器等非线性控制器的训练和优化，后者则用于简化的闭环性能仿真研究和线性控制器(PID, LQ, LQG, H∞鲁棒控制器)的设计。
船舶的实际运动异常复杂，在一般情况下具有6个自由度。
在附体坐标系内考察，这种运动包括跟随3个附体坐标轴的移动及围绕3个附体坐标轴的转动，前者以前进速度(surge velocity)u、横漂速度(sway velocity)v、起伏速度(heave velocity)w表述，后者以艏摇角速度(yaw rate)r、横摇角速度(rolling rate)p及纵摇角速度(pitching rate)q表述；在3个空间位置,,zyx(或3个空间运动速度和(rolling(或3[4](6.1.1)。
显然T],,[wvu和T],,[zyx以及,,[ϕψ[4]。
但这并不等于说，我们要把这6个自由度上的运动全部加以考虑。
数学模型是实际系统的简化，如何简化就有很大学问。
太复杂和精细的模型可能包含难于估计的参数，也不便于分析。
过于简单的模型不能描述系统的重要性能。
这就需要我们建模时在复杂和简单之间做合理的折中。
对于船舶运动控制来说，建立一个复杂程度适宜、精度满足研究要求的数学模型是至关重要的。
图6.1.1的坐标定义如下：0ZYXO-是惯性坐标系(大地参考坐标系)位置，0OX指向正北，OY指向正东，OZ指向地心；o-xyz正北为零度，沿顺时针方向取0︒～360︒；舵角δ以右舵为正。
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尺缩比：1/57.586
张伟试验：
徐静试验：
旋回直径(final diameter)：船舶进入定常旋回时旋回圈直径。
回转直径 张伟试验 徐静试验
仿真 仿真符合度
左回转 4L
4.45L 4.1L 97%
右回转 3大连海事大学出版社. 2008.
张伟. 规则波浪中的船舶操纵性数值预报研究[D].上海 交通大学, 2016.
进距(advance),航向角变化90°时船舶重心的纵向移动距离。
进矩 张伟试验 徐静试验
仿真 符合度
左回转 3.1L 3.16L 3.4L 91%
右回转 3.1L 3.16L 3.4L 91%
洪碧光. 船舶操纵 [M]，大连海事大学出版社. 2018.
Z 形试验模拟(S175) +20°zigzag
Z 形试验模拟(S175) -10°zigzag
Z 形试验模拟(S175) -20°zigzag
问题
1.论文中取点更简单的方法，取点线条光滑？
下一步工作
1. 整理程序，模块化调用。 2. 加入波浪的作用…
Thank you!
Innovative Marine Hydrodynamics Lab
静水中S175实船对比内容汇报
张志恒
2019/11/7
左回转试验模拟(S175)
左回转试验模拟(S175)
右回转试验模拟(S175)
右回转试验模拟(S175)
左右回转试验模拟(S175)
张伟. 规则波浪中的船舶操纵性数值预报研究[D].上海 交通大学, 2016.
旋回初径 试验 仿真 符合度
左回转 4.4L 4.4L 100%
右回转 4.2L 4.4L 95%
洪碧光. 船舶操纵 [M]，大连海事大学出版社. 2008.
反移量(kick),在旋回转舵阶段，由于船舶转动惯量很大还来不 及产生较大的旋转角速度，则在舵产生的横向力的作用下， 产生横向移动加速度，一定时间后产生横向移动速度，使船 舶重心产生相反方向的横移量。
横距(transfer),航向角变化90°时船舶重心的横向移动距离。
横矩 试验 仿真 符合度
左回转 1.8L 1.8L 100%
右回转 1.8L 1.8L 100%
洪碧光. 船舶操纵 [M]，大连海事大学出版社. 2008.
旋回初径(tactical diameter),又称战术直径，船舶重心的横向移 动距离，将航向角变化180°时船舶重心的横向移动距离。
洪碧光. 船舶操纵 [M]，大连海事大学出版社. 2008.
回转试验模拟(S175)
Z形操纵试验
是一种评价船舶艏摇抑制性的试验，同时， 通过Z形试验结果可以求取操纵性指数，K、 T。 K、T成为旋回性指数和追随性指数。
尺缩比：1/57.586 尺缩比：1/50
Z 形试验模拟(S175) +10°zigzag