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舰船变形状态监测与预报的关键技术研究

作　者: 程和斌
导　师: 刘芳华
学　校: 江苏科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 船体变形卡尔曼滤波传递对准变形角
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

为了提供舰船的高精度姿态基准和提高传递对准精度,必须消除船体变形的影响以及预测预报出船体的变形角。本文首先分析了船体的变形原因,列举出一些常用的测量船体变形的方法。通过建立船体的有限元模型分析在各种工况和载荷下的变形和应力,对船体变形规律做出了归纳,同时也分析了船体动态变形对姿态基准的影响。针对船体变形规律建立了一种实时监测船体变形的系统方案,构建了一个舰船的弹性变形实时测量系统,对船体多部位变形同步实时测量。建立卡尔曼滤波算法的数学模型,然后利用卡尔曼滤波器的高效率的递归性,以主/子惯导的输出角速度的差值作为卡尔曼滤波器的观测量,静态变形角和动态变形角作为滤波器的状态量,对船体姿态误差角、静态变形角和动态变形角进行估算。利用MATLAB简单的编程环境以及人机交互性强等特点,完成基于卡尔曼滤波器算法对舰船变形的仿真。并利用他强大的科学计算及数据处理能力来解算数学模型。完成船体变形预报软件的开发。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-8
第一章绪论  8-14
  1.1 课题研究的背景和意义  8-9
  1.2 国内外发展的历程和研究现状  9-11
    1.2.1 第一类方法  10
    1.2.2 第二类方法  10-11
    1.2.3 GPS 姿态测量及其在船体变形监测中的应用  11
  1.3 课题研究的主要内容  11-12
  1.4 课题的主要章节安排  12-13
  1.5 本章小结  13-14
第二章船体变形模型分析  14-32
  2.1 结构力学方法  14-16
    2.1.1 静水中船体外力的确定  14
    2.1.2 波浪中船体外力的确定  14-15
    2.1.3 航行引起的船体外力的确定  15-16
  2.2 有限元分析方法  16-26
    2.2.1 舰船三维有限元建模  16-23
    2.2.2 舰船多浪向与波浪载荷分析  23
    2.2.3 波浪载荷的理论预报  23-26
  2.3 基于MSC.PATRAN/NASTRAN 对船体变形和应力分析  26-31
    2.3.1 计算工况  26
    2.3.2 边界条件约束  26
    2.3.3 模型变形和应力分析结果  26-30
    2.3.4 平衡调整  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章基于卡尔曼滤波的船体变形预报分析  32-42
  3.1 卡尔曼滤波  32
  3.2 卡尔曼滤波算法分析  32-35
    3.2.1 离散化概念  32-33
    3.2.2 卡尔曼滤波器算法流程  33-35
  3.3 卡尔曼滤波算法设计  35-40
    3.3.1 角速度匹配原理  35-37
    3.3.2 系统状态方程的建立  37-38
    3.3.3 系统测量方程的建立  38-39
    3.3.4 离散卡尔曼滤波公式  39-40
  3.4 本章小结  40-42
第四章舰船变形预报软件的开发  42-54
  4.1 MATLAB 软件的基本介绍  42-43
  4.2 变形预报软件的开发  43-52
    4.2.1 人机界面程序设计  43-44
    4.2.2 MATLAB中的编程及主界面  44-48
    4.2.3 仿真结果  48-52
  4.3 本章小结  52-54
第五章舰船变形实时测量的方法研究  54-60
  5.1 引言  54-55
  5.2 舰船弹性变形测量设备分析  55-56
  5.3 舰船弹性变形实时测量系统构建及测量方案设计  56-58
  5.4 本章小结  58-60
结论与展望  60-62
  结论  60
  展望  60-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间发表的学术论文  65-66
致谢  66-67
大摘要  67-71

舰船变形状态监测与预报的关键技术研究

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