将船舶看成为一个动态系统,舵角为系统的输入、首向角或首摇角速度为系统的输出。首先从简捷的物理考察上,建立了系统输入输出的响应关系的一阶响应模型。后来又从状态空间型的线性船舶运动数学模型出发,建立了二阶响应模型。以后根据不同的需要,建立了非线性响应型模型。这些模型的一个重要特点是:模型参数可直接从规定的实船试验中获得,从而避免了状态空间型的模型(如MMG模型)参数需用模型试验获得的缺陷,这就自动消除了尺度效应。因此,响应型船舶运动数学模型在船舶操纵性的研究领域中及在船舶航向、航迹自动控制研究中,在早期的航海模拟器、操纵模拟器研制中都得到了广泛的应用。它实质上为船舶运动数学模型的研究开辟了一个新领域。Р2.1 线性响应模型Р建立一个系统的数学模型主要有两方面的工作要做:一是根据物理意义在一定的简化条件下建立模型的结构;二是根据系统的特征数据,确定模型的参数。线性响应模型的结构,一般是通过对状态空间型的线性船舶运动数学模型进行一定的推导获得。线性响应模型的参数,一方面可通过实船或自航船模进行规定试验的结果求得,另一方面也可由线性船舶运动数学模型中的流体动力导数计算而得。本节首先介绍线性船舶运动数学模型,再建立响应性模型,最后给出由流体动力导数求响应型模型参数的计算公式。Р2.1.1 线性船舶运动数学模型的建立Р建立线性船舶运动数学模型一般有两种途径:一种途径是利用整体建模思想直接对作用于船舶(包括船体、舵、桨)上的流体动力和力矩进行泰勒级数展开,取一阶项,再根据船舶的几何特征进行整理而得。但是,由于目前可利用的整体性模型流体动力导数资料有限,从而使响应模型的参数计算受到了限制。另一种途径是根据MMG模型,由船舶运动的特点,简化成线性船舶运动数学模型。该方法利用MMG分离建模的优点,能直接有船型参数计算流体动力导数,在此基础上响应模型参数的计算也相当方便了。本节我们采用后一种方法。
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