论文阅读:基于复杂港口环境下的无人船自主靠泊最优控制方案研究
论文阅读过程当中新了解的知识
1、无人船MMG模型:
一种用于模拟和分析船舶在水中运动行为的数学模型。
MMG模型的基本思想是将船舶的运动分解为船体本身、推进系统(如螺旋桨)和舵等操纵装置的独立贡献,然后将这些贡献综合起来,以描述船舶的整体运动。
主要包括四个部分:
船体动力学模型:描述船体在水中的基本运动特性,包括水动力、惯性力和阻力等。
螺旋桨模型:描述推进装置(如螺旋桨)对船舶的推力和转矩输出,这些输出通常与螺旋桨的转速和船速等参数相关。
舵模型:描述舵对船舶的横向力和转矩输出,这些输出通常与舵角和水流速度等参数有关。
干扰力模型:包括环境中的风、浪、流等对船舶运动的影响。
2、横荡、纵荡和艏摇:
横荡(Sway):
横荡指船舶沿着横向(即垂直于船体中心线)的运动。对于一艘在水中的船舶来说,横荡运动通常是侧向的滑动,可能由于外部作用力(如侧风、侧流或舵面调整)而发生。横荡是三自由度(3-DOF)船舶动力学模型中的一个重要运动分量。
纵荡是指船舶沿着船体中心线方向的运动,即船舶的前进或后退运动。纵荡通常由船舶的推进装置(如螺旋桨)提供的推力驱动。纵荡运动决定了船舶的航速变化,在无人船中,通过调整纵荡速度可以实现对速度的控制和调整。
艏摇是指船舶围绕垂直轴的旋转运动,即船首(艏)左右摇摆的运动。艏摇角度的变化决定了船舶的航向。艏摇运动通常是由舵角调整或推进系统产生的转矩导致的,它是船舶操纵中控制航向的重要参数。无人船的自动导航系统会通过控制艏摇运动来实现精确的航向调整和路径跟踪。
3、航向角 艏摇角 舵角 漂流角 绝对风舷角和相对风舷角
4、无量纲化处理 运动参数和无量纲参数的对应关系
无量纲化处理的核心思想是通过适当选择基准量(如长度、时间、质量等),将物理量转换为无量纲量。这样做的目的是减少方程中的变量数量,揭示系统的内在规律,并使得不同尺度的系统可以进行比较和分析。
选择一组基准量,例如特征长度。无量纲变量的定义:将原始变量除以相应的基准量。