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船舶非线性横摇运动方程的线性化研究李浩;陆建辉【摘要】考虑阻尼力矩和恢复力矩的非线性,运用能量法对正横规则波中船舶非线性横摇运动方程进行等效线性化,导出等效线性系数表达式,并验证其工程实用性,为船舶横摇预报提供理论分析计算模型.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2011(022)005【总页数】4页(P1-4)【关键词】非线性横摇;能量法;线性化;频响函数【作者】李浩;陆建辉【作者单位】中国海洋大学工程学院青岛266100;中国海洋大学工程学院青岛266100【正文语种】中文【中图分类】U661.30 引言船舶在风波流等外在激励的的扰动下，会产生各种摇荡运动，剧烈的摇荡还将危及船舶航行的安全。
大幅度横摇是导致风浪中航行船舶失稳倾覆的最重要因素之一，也是最为复杂的力学问题［1］。
船舶的大幅横摇是一个强非线性的水动力学问题，其非线性包括：恢复力矩的非线性、阻尼力矩的非线性及多自由度运动的非线性耦合和严酷风浪条件的非线性扰动等［2］。
为了进行船舶倾覆的概率预报，人们首先想到利用线性系统中得到成功应用的谱分析方法，希望把这种方法应用到非线性系统分析中来［3］。
在预报船舶非线性横摇时，用线性化方程代替非线性方程，从而用谱分析的方法进行统计计算，其难点在于对非线性方程的线性化。
本文在线性横摇运动方程的基础上，运用能量法，对正横规则波中船舶非线性横摇运动方程进行等效线性化，并验证其工程实用性，为船舶横摇预报提供理论分析计算模型。
1 船舶在正横规则波中的线性横摇目前，有多种研究船舶横摇的数学模型均可有效模拟横摇过程，但这些模型都以Mathieu方程为基础建立，即：惯性力矩+阻尼力矩+恢复力矩=波浪扰动力矩式中：Jφφ为船体自身转动惯量；ΔJφφ为附加质量转动惯量；φ为船舶横摇角；R（φ，t）为横摇阻尼力矩；K（φ，t）为横摇恢复力矩；M（χ，ωe，t）为波浪扰动力矩。
假设船舶在正横规则波上作小角度横摇，则可认为阻尼力矩与横摇加速度成线性关系，恢复力矩与横摇角呈线性关系，并假设船宽与波长的比是小量。
船舶推进系统的动力学建模与性能研究引言大海上的船舶推进系统是船舶能源利用的关键组成部分，对船舶的性能和效能有着重要影响。
船舶推进系统的动力学建模和性能研究是为了提高船舶的航行效率、降低油耗和减少环境污染而进行的重要工作。
本文将探讨船舶推进系统的动力学建模和性能研究的相关内容。
1. 船舶推进系统简介船舶推进系统主要由发动机、传动系统和推进器构成。
发动机负责产生推进力，传动系统将发动机的动力传递给推进器，推进器则将动力转化为船舶的推进力，推动船舶前进。
船舶推进系统的设计和优化是为了提高航行速度、减少油耗和降低船舶运营成本。
2. 船舶推进系统的动力学建模船舶推进系统的动力学建模是为了模拟和分析系统的运行特性、系统参数之间的关系以及系统的响应。
动力学建模可以通过数学模型来描述船舶推进系统的行为，并通过实验数据进行参数校准和验证。
2.1 发动机动力学建模发动机是船舶推进系统的核心部件，其动力学建模是系统级建模的基础。
发动机动力学建模主要包括燃烧过程建模、燃料系统建模和机械系统建模。
燃烧过程建模可以通过考虑燃油供应、点火过程和燃气流动等因素，描述燃烧过程的动态特性。
燃油系统建模可以通过建立燃油供给系统的传递函数，研究燃料供给的动态响应和稳态特性。
机械系统建模主要将发动机输出轴的扭矩和转速作为输入，通过建立传递函数描述发动机的机械传动特性。
2.2 传动系统动力学建模传动系统是船舶推进系统的能量传输和转化装置，其动力学建模能够描述传动过程中的能量损耗和转化效率。
传动系统动力学建模主要包括船舶传动系统的传递函数建模和传动效率建模。
传递函数建模可以通过分析传动系统的力学特性和摩擦特性，建立输入和输出之间的传递函数关系。
传动效率建模则可以通过实验数据分析和数学建模，研究传动系统的能量损耗和转化效率，以优化传动系统的设计。
2.3 推进器动力学建模推进器是将发动机输出的动力转化为船舶的推进力的设备，其动力学建模能够描述推进器的推力特性和动态响应。
随机斜浪中船舶参数-强迫激励横摇运动计算唐友刚;李红霞【摘要】研究船舶随机斜浪中大幅参数激励非线性横摇运动的计算方法.将船舶稳性高度GM作为时域变化的随机参数激励,波浪力为随机强迫激励项,建立船舶在随机斜浪航行情况的参-强激励横摇运动微分方程.参数激励项的求解考虑了船体型线、纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响.分别取不同波高、航速、航向,计算出随机斜浪中船舶的时域横摇运动响应.计算结果表明,此方法可以用于计算随机斜浪中船舶的参-强激励横摇运动,据此分析随机斜浪对船舶横摇和倾覆的重要影响.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2008(003)001【总页数】4页(P5-8)【关键词】船舶横摇;随机斜浪;参数激励;强迫激励;倾覆机理【作者】唐友刚;李红霞【作者单位】天津大学,建筑工程学院,天津,300072;天津大学,建筑工程学院,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】U661.221 引言1955年,Kerwin首次提出船舶在纵浪中航行,船体交替处于波峰和波谷，船体浸水部分的形状和体积随时间变化，使得船舶初稳性高也随时间变化，是导致纵浪中船舶横摇运动失稳及倾覆的重要原因[1]。
随后很多学者都对随机和规则纵浪中船舶的纯参数激励横摇运动进行了大量研究。
但是，对船舶在遭受参数激励和横向强迫激励(以下简称为“参—强激励”)下的动力学特征，研究较少。
我们建立并用多尺度法求解了规则参—强联合激励的横摇运动方程[2]。
船舶遭受随机参—强激励包括了船舶运动的更广泛的航行背景，然而对此项问题的研究还鲜见报道。
本文考虑船舶横摇恢复力矩的非线性和波浪的随机性，假设升沉和纵摇准静力平衡，将随机参数激励引入横摇方程，采用Dunwoody方法推导由波浪引起的随机初稳性高波动项[3]，得到了参—强激励横摇运动的计算方法。
考虑不同航速、航向、波高、波长对某渔政船进行了参—强激励横摇计算。
2 参—强激励方程考虑阻尼力矩和恢复力矩的非线性，以及升沉、纵摇、波浪共同作用产生的参数激励和强迫激励项建立的横摇运动方程如下：(1)式中，为横摇角速度为横摇角加速度；Iφφ为船体自身转动惯量，δIφφ为流体附加转动惯量为横摇阻尼力矩；K(φ,t)为横摇恢复力矩；M(φ,t)为波浪激励力矩。
总第175期水运科技信息1999年第4期收稿日期:1999205215船舶非线性参激横摇运动的分析张 兢(武汉交通科技大学航运学院 武汉 430062)摘 要 应用非线性振动理论中的摄动法,求出了描述参激横摇运动的非线性方程的解,并分析解的稳定性。
结果表明,参激横摇运动具有明显的非线性特征。
关键词 参激横摇运动 摄动法 非线性振动理论1 引言由于纵摇或垂荡对横摇的耦合作用,或由于波浪的周期性干扰,会引起横摇回复力矩的周期性变化。
这种系统内部参数的变化对系统运动的影响,称为参数激励。
由参数激励所引起的横摇运动,称为参激横摇。
在一定的条件下,参激横摇会变得不稳定,导致增幅横摇运动。
这种现象就是横摇参数共振,参激横摇运动及参数共振现象,是当前国际上关于船舶稳性和耐波性研究的热门课题之一。
描述参激横摇运动的主要数学模型是M ath ieu 方程。
但是M ath ieu 方程描述的是一个单自由度的时变线性系统。
而参激横摇是一个大摇幅的非线性问题,用线性模型来研究大角度的非线性横摇问题,显然不尽合理。
因此,本文采用非线性参激横摇运动方程作为研究的基础,用非线性振动理论中的摄动法,分析参激横摇运动的基本特性,探索它的运动规律。
2 运动方程根据船舶的受力分析,可写出下列形式的横摇运动方程:Ηβ+D (Ηα,t )+R (Η,t )=E (t )+W (t )(1)式中:t ——时间;Η——;Ηα=d Η d t ——横摇角速度;Ηβ=d 2Η d t 2——横摇角加速度。
D (Ηα)代表横摇阻尼力矩,它是横摇角速度的函数,阻尼力矩的常用模式有三种:线性模式、线性加平方模式和线性加立方模式。
本文采用第三种模式,即D (Η)=n 1Ηα+n 3Ηα3(2)式中:n 1和n 3分别为线性阻尼系数和非线性阻尼系数,通过船舶横摇衰减试验来确定。
R (Η,t )代表横摇回复力矩,它是横摇角和时间的函数。
R (Η,t )由两部分组成:第一部分是船舶在静水中的回复力矩,与时间无关。
非线性动力学特性对海上风力发电齿轮箱的影响研究近年来，海上风力发电作为可再生能源的重要组成部分，得到了迅猛发展和广泛应用。
然而，由于海上环境的复杂性和恶劣的海洋气象条件，海上风力发电齿轮箱面临着诸多挑战。
其中，非线性动力学特性对海上风力发电齿轮箱的影响日益受到关注。
非线性动力学是描述物理系统动力学行为的重要理论框架，在许多领域都有广泛应用。
对于海上风力发电齿轮箱来说，非线性动力学特性主要包括摩擦、摆动、涡激振动等。
这些非线性效应会对齿轮箱的稳定性、疲劳寿命和噪声产生重要影响。
首先，非线性摩擦效应是海上风力发电齿轮箱中常见的非线性动力学特性。
在齿轮传动中，摩擦是不可避免的，而摩擦力的非线性特性会引起齿轮传动系统的瞬态振动和周期性振动。
这些振动会导致齿轮箱的噪声增大和疲劳寿命缩短，对齿轮箱的可靠性和持久性造成不利影响。
其次，非线性摆动效应也是海上风力发电齿轮箱中的重要非线性动力学特性之一。
当风能转换为机械能并通过齿轮传动时，齿轮箱会产生震动和振动。
在海上的高风力环境下，风力对齿轮箱的激励会加剧齿轮的非线性振动特性。
这些非线性振动可能导致齿轮箱的共振现象和疲劳破坏，对齿轮系统的健康状态和可靠性构成威胁。
此外，海洋环境中的涡激振动也会对海上风力发电齿轮箱产生重要影响。
在海上环境中，涡旋是普遍存在的，并且随着风速和波浪的变化而变化。
当涡激振动作用于齿轮箱时，会引起齿轮系统的非线性动力学响应。
这些响应可能导致齿轮的扭转和弯曲变形，从而导致齿轮的损坏和寿命缩短。
针对海上风力发电齿轮箱的非线性动力学特性，研究人员提出了一系列的研究方法和控制策略。
例如，通过建立动力学模型，可以模拟齿轮箱的非线性响应，并评估其稳定性和疲劳寿命。
同时，采用有效的摩擦补偿方法可以减少非线性摩擦对齿轮系统的影响。
此外，合理设计齿轮系统的结构和材料，以增强其抗非线性摆动和涡激振动的能力也是一种重要手段。
在实际应用中，海上风力发电齿轮箱的设计和运维需要充分考虑非线性动力学特性的影响。
基于实时反馈强化学习神经网络的船舶艏摇智能控制研究宋伟伟;徐跃宾;段学静;巩方超;崔英明
【期刊名称】《现代信息科技》
【年(卷),期】2024(8)8
【摘要】文章提出了一种基于实时反馈强化学习神经网络控制的船舶艏摇智能控制方法。
该方法将神经网络的非线性建模和强化学习的自适应控制技术相结合,能够实现对船舶航行过程中舵角的精确控制。
并将PID控制算法、模型预测控制算法和实时反馈强化学习神经网络控制算法进行对比分析,仿真实验结果表明,后者在控制效果和稳定性方面均优于前两种方法,能够有效地提高船舶航行过程中舵角的控制精度和鲁棒性。
【总页数】6页(P83-88)
【作者】宋伟伟;徐跃宾;段学静;巩方超;崔英明
【作者单位】山东省船舶控制工程和智能系统工程技术研究中心;威海海洋职业学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP39;TP18;U664.82
【相关文献】
1.基于模糊理论的船舶减摇鳍智能控制系统分析
2.基于遗传算法混合编码的船舶艏摇/横摇模糊网络控制
3.基于遗传算法混合编码的船舶艏摇/横摇模糊网络控制
4.船舶大舵角转向时艏摇与横摇的耦合仿真研究
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