检索结果-内蒙古大学图书馆

中国舰船研究 2025年第1期20卷 65-75页

作者：宋利飞王毓清彭伟李培勇刘禹杉张永峰高性能舰船技术教育部重点实验室(武汉理工大学) 湖北武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 广船国际有限公司广东广州511462 中国人民解放军92942部队北京100055 武汉理工大学湖北武汉430070

[目的]为解决船舶分离型(MMG)模型水动力系数辨识存在的共线性和参数漂移问题,提出一种基于支持向量回归(SVR)的三自由度简化分离型模型建模方法。[方法]首先,在样本数据的基础上提出一种数据预处理策略,以提升样本的有效性;然后,通过La... 详细信息

[目的]为解决船舶分离型(MMG)模型水动力系数辨识存在的共线性和参数漂移问题,提出一种基于支持向量回归(SVR)的三自由度简化分离型模型建模方法。[方法]首先,在样本数据的基础上提出一种数据预处理策略,以提升样本的有效性;然后,通过Lasso回归算法筛选对模型影响较显著的水动力系数,以减小多重共线性的程度;接着,针对分离型模型推导水动力系数辨识的回归模型,通过SVR进行水动力系数辨识;最后,采用差分法和数据中心化重构回归模型,以削弱参数漂移对水动力辨识误差的影响。[结果]试验结果显示,水动力系数预报值与数值模拟结果吻合较好,均方根误差(RMSE)和相关系数(CC)的计算结果均在良好范围内。[结论]通过SVR算法可以成功辨识出分离型模型的水动力导数,辨识得到的水动力系数精度较高,并且所建立的模型具有较好的预报能力和鲁棒性。

关键词：船舶操纵性水动力学数学模型参数辨识支持向量回归白箱建模

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基于支持向量机的四自由度船舶操纵运动建模研究

基于支持向量机的四自由度船舶操纵运动建模研究

引用

作者：王雪刚上海交通大学

学位级别：博士

海上船舶运输在运量能耗比方面具有独特的优势,海洋船舶运输业在我国国民经济中占有不可替代的重要地位。近年来,国际海事组织相继推出了一系列新标准、新规范,对船舶的能效提出了更高的要求,高智能化的具有优良航行性能的绿色环保型船... 详细信息

海上船舶运输在运量能耗比方面具有独特的优势,海洋船舶运输业在我国国民经济中占有不可替代的重要地位。近年来,国际海事组织相继推出了一系列新标准、新规范,对船舶的能效提出了更高的要求,高智能化的具有优良航行性能的绿色环保型船舶已成为必然的发展方向。对于军船和初稳性高较小的船舶如集装箱船,在操纵运动过程中通常伴随有较大幅度的横摇。横摇不仅影响船舶的航行安全和军船战术技术性能的发挥,还会对其操纵性产生直接的影响;另外海船航向保持、舵减摇系统和自动舵设计中都必须考虑横摇的影响。因此,迫切需要开展计及横摇运动影响的船舶操纵运动建模和预报研究。本文应用基于支持向量机的系统辨识方法对四自由度船舶操纵运动进行了建模研究。首先分别采用白箱辨识建模、灰箱建模和黑箱建模方法对两种四自由度操纵运动水动力模型——整体型和分离型操纵运动数学模型进行了研究;其次,基于四自由度线性操纵运动方程推导了耦合响应型模型;然后,对四自由度操纵运动水动力模型中的水动力系数进行了灵敏度分析,并基于灵敏度分析的结果简化了整体型和分离型数学模型;最后,应用果蝇优化算法对用于船舶操纵运动建模的支持向量机的参数进行了优化,并应用所得到的支持向量机进行了船舶操纵运动预报。在白箱辨识建模中重构了辨识方程,由此可以直接辨识出水动力系数,同时克服了耦合水动力系数的数量必须相等的限制;在灰箱建模中,无需辨识水动力系数,根据操纵运动数学模型输入运动状态变量的高阶向量,建立支持向量机灰箱预报模型,并据此预报操纵运动;在黑箱建模中,不依赖于操纵运动数学模型,直接输入上一时刻的运动状态变量,建立支持向量机黑箱预报模型,并据此预报下一时刻的运动。在三种建模方法中都对Z形试验和回转试验进行了预报,验证了所提出建模方法的有效性及泛化性能。然后,从预报精度、计算速度和所需已知条件三个方面对白箱辨识建模、灰箱建模和黑箱建模进行了对比研究,并基于对比分析的结果给出了三种建模方法的选择策略。从四自由度线性操纵运动方程出发,推导了计及横摇影响的耦合响应型模型,获得了转首运动、横向运动和横摇运动对舵角的响应型关系式,并给出了各操纵性指数的完整表达式。然后,基于某集装箱船的RPMM试验数据计算了其耦合响应型模型的操纵性指数,并使用所得到的操纵性指数进行了该船的Z形试验数值模拟,预报了其转首运动、横向运动和横摇运动;通过将预报结果和基于水动力模型的预报结果进行对比,验证了所建立的耦合响应型模型的正确性。随后,基于DTMB5415的自航模试验数据,分别使用ε-支持向量机和最小二乘支持向量机辨识了其耦合响应型模型的操纵性指数,并使用辨识得到的操纵性指数进行了Z形试验预报,通过将预报结果和自航模试验结果进行对比,验证了所建立的耦合响应型模型的预报能力及泛化性能。使用直接法和间接法分别对四自由度整体型和分离型水动力模型中的水动力系数进行了灵敏度分析。基于灵敏度分析的结果,分别将整体型和分离型模型中水动力系数从102个简化到61个和从41个简化到34个。应用最小二乘支持向量机对原始仿真数据进行分析,对简化后的模型进行了白箱辨识建模,使用辨识得到的简化模型对操纵运动进行预报,并将预报结果与原始模型仿真值和简化模型仿真值进行对比,结果表明:基于直接法和间接法的水动力系数灵敏度分析是正确的;基于灵敏度分析结果的水动力模型的简化是合理的;基于支持向量机的简化模型辨识建模是有效的。所获得的简化水动力模型可用以指导船模试验设计,更便于分析和使用。对比了支持向量机结构参数和核参数对操纵运动预报精度的影响。为了减小支持向量机结构参数和核参数的选择困难,采用新型群智能算法——果蝇优化算法对支持向量机参数进行优化,并将其应用于四自由度船舶操纵运动黑箱建模中。将参数优化后预报结果与试凑参数的预报结果相比较,表明优化后的结果更准确。对比参数寻优过程表明:果蝇优化算法相比于粒子群优化算法和网格搜索法具有算法设置简单、调整参数少、不易陷入局部极小值以及易于找到全局最优解等优点。通过本文的研究,验证了支持向量机方法应用于四自由度船舶操纵运动建模的有效性,为应用系统辨识方法进行四自由度船舶操纵运动建模提供了全面的技术依托;基于水动力系数灵敏度分析的结果,获得了更便于分析和使用的四自由度简化水动力模型;基于四自由度线性操纵运动方程得到了耦合响应型模型,为考虑横摇影响的海船航向保持与舵减摇研究以及自动舵设计提供了便利。

关键词：船舶操纵四自由度水动力模型响应模型支持向量机系统辨识白箱建模灰箱建模黑箱建模灵敏度分析果蝇优化算法

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电站锅炉运行经济性预测的灰箱建模研究

电站锅炉运行经济性预测的灰箱建模研究

引用

中国动力工程学会2006电站自动化信息化学术和技术交流年会

作者：杨光军刘吉臻谭文华北电力大学自动化系北京 102206

针对电站锅炉运行性能的预测问题，提出采用一种灰箱辨识方法，建立锅炉效率模型;首先，根据相关文献，建立一个简化机理的实际效率模型，并以此为基础借助该锅炉的实测数据分别构造灰箱及神经网络黑箱模型。通过仿真比较，灰箱模型比... 详细信息

针对电站锅炉运行性能的预测问题，提出采用一种灰箱辨识方法，建立锅炉效率模型;首先，根据相关文献，建立一个简化机理的实际效率模型，并以此为基础借助该锅炉的实测数据分别构造灰箱及神经网络黑箱模型。通过仿真比较，灰箱模型比黑箱模型在预测精度上有着明显的优势，且模型具有相对清晰的物理意义，在实际应用中具有更高的可行性。

关键词：电站锅炉灰箱建模黑箱建模白箱建模人工神经网络

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