一种船舶航行增阻等级的评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及的是一种船舶状态评估方法，具体地说是船舶阻力评估方法。
【背景技术】
[0002] 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，影响螺旋奖的推 进效率，如需保持原有的航速，需增加螺旋奖的转速。
[0003] 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设及；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，W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奖。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W优化，例如通过操舱、减摇等方式；在航行增阻被 有效评估之后，可W为如何增加推进器功率提供有效的参考，W保持船舶的航行速度。
[0004] 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，W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。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供帮助船舶控制系统更好的控制船舶航行姿态、优化船舶航 行阻力的一种船舶航行增阻等级的评估方法。
[0006] 本发明的目的是运样实现的：
[0007] 本发明一种船舶航行增阻等级的评估方法，其特征是：
[0008] (1)采集船舶航速与船舶航行姿态信息，包括腊摇角速度、腊摇角、纵摇角速度、纵 摇角，对运些信息进行处理，得到静水中和风浪中船舶航行阻力：静水中的航行阻力为Fd = av2,风浪中船舶的航行阻力为F/ = aV2+br2+cVWr+dW2+eq2+f 0 q+g 02,式中V、r、W、q、 0分别为船舶的航速、腊摇角速度、腊摇角、纵摇角速度和纵摇角，a、b、c、d、e、f、g为各项 的系数；
[0009] 似得到静水中船舶航行阻力、风浪中船舶航行阻力后，结合船舶推进器的推力信 息，对上述S个物理量进行预处理：将其分为PB、PM、PS和Z0四个等级，其中PB表示大，PM 表示中，PS表示小，zo表示零；利用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，再进行解模糊化，得到精确的船舶航行增阻等级。
[0010]本发明还可W包括： W11] 1、所述的模糊规则为：
[0012] (1) 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Z0) T肥N(船舶航行增阻等级为Z0);
[0013] (2) 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Z0) T肥N(船舶航行增阻等级为PS);
[0014] (3) 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Z0) T肥N(船舶航行增阻等级为PM);
[0015] (4) 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Z0) T肥N(船舶航行增阻等级为PB);
[0016] 巧)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Z0) T肥N(船舶航行增阻等级为Z0);
[0017] 化)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Z0) T肥N(船舶航行增阻等级为PS); 阳〇1引（7) 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Z0) T肥N(船舶航行增阻等级为PM);
[0019] (8) 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Z0) T肥N(船舶航行增阻等级为PB);
[0020] 巧)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Z0) T肥N(船舶航行增阻等级为Z0); 阳OW (10) 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 Z0) T肥N(船舶航行增阻等级为PS)。
[0022] 本发明的优势在于：本发明依据海浪、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，利用本发明的方法，即可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。船舶航行增阻等级评估方法，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，该方 法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。
【附图说明】
[0023] 图1为船舶航行增阻评估系统的流程图；
[0024]图2为本发明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】
[00巧]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
[0026]结合图1~2,本发明技术方案包含W下步骤：
[0027] 1)采集船舶航速与船舶航行姿态信息（腊摇、纵摇），得到船舶航速和航行姿态的 信息之后，对运些数据进行处理，最后可得到静水中和风浪中船舶航行阻力。静水中的航行 阻力为Fd=aV2,风浪中船舶的航行阻力为F/ =aV2+br2+cVWr+dW2+eq2+f0q+g0 2。 阳02引式中V、r、V、q、0分别为船舶的航速、腊摇角速度、腊摇角、纵摇角速度和纵摇 角。a、b、c、d、e、f、g为各项的系数。
[0029] 2)得到船舶静水中的航行阻力、风浪中船舶航行阻力后，结合船舶推进器的推力 信息，对=个物理量进行预处理，将其分为大（PB)、中（PM)、小（P巧和零狂0)四个等级；利 用模糊规则生成输入输出表，如IF(船舶静水阻力为小（P巧）AND(船舶风浪中阻力为中等 (PM)AND(船舶推力信息为小（P巧）T肥N(船舶航行增阻等级为中等（PM));根据输入可得到 船舶航行增阻等级在辨识论域上的模糊集，再进行解模糊化，得到精确的船舶航行增阻等 级。
[0030] 本发明的测试过程可利用MTLAB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，步骤如下：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MTLAB的数据接口，将数据传送到MTLAB中船舶运 动仿真的系统模块。添加一个船舶运动仿真按钮，屯个用于显示船舶的航速、腊摇、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，=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。
[0031] 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 W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 发明的测试过程可利用MTLAB与VC++混合编程实现。
[0032] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明：
[0033] 如图1所示，为本发明的船舶航行增阻评估系统流程图，该流程图显示出了船舶