船舶運動數學模型

1. 海洋運動有哪些

第1章 海洋運動體概述 1.1 研究海洋運載器的意義 1.2 海洋運動體 1.3 海洋運動體的運動及其控制 第2章 海洋運動體的運動力學綜述 2.1 海洋運動體運動分析中的坐標系 2.2 海洋運動體運動方程的建立 2.3 作用於海洋運動體的力和力矩 2.4 海洋運動體運動方程的線性化 2.5 海洋運動全運動方程的無因交化 2.6 有時變系數的海洋運動體模型 第3章 海浪、海風及海流 3.1 平面進行波 3.2 隨機海浪 3.3 隨機海浪的統計特性和譜分析 3.4 海風和海風的譜分析 3.5 海浪 3.6 有海流時的海浪 第4章 海洋擾動對海洋運動體的作用及分析方法 4.1 海洋運動體在波浪中的航行 4.2 海浪作用於海洋運動體的擾動力和擾動力矩 4.3 海浪的漂移力及對海洋運動體的影響 4.4 風和海流對海洋運動體的擾動力和擾動力矩 4.5 長峰波隨機海浪的模擬 4.6 海浪成形濾波器及對海浪的模擬 4.7 海浪對船舶的干擾力和干擾力矩的模擬和頻譜分的 4.8 海洋運動體的隨機運動姿態的統計分析 第5章 海洋運動體運動控制裝置 5.1 海洋運動體運動控制裝置概述 5.2 控制翼面的水動力特性 5.3 舵的靜態水動力特性 5.4 鰭和鰭的水動力特性 5.5 螺旋槳及其水動力特性 5.6 可調螺距螺旋槳及其控制 5.7 船體和螺旋槳對舵水動力的影響 5.8 推力器及其控制 第6章 航舶運動控制模型和控制系統 6.1 船舶航向控制原理 6.2 船舶自動舵的控制原理 6.3 船舶航向控制中的數學模型 6.4 航舶航向控制中的環境擾動模型 6.5 船舶航向控制中的性能指標 6.6 船舶橫搖運動數學模型 6.7 船舶橫搖減搖原理 6.8 常用的船舶搖減搖裝置 6.9 回歸神經網路與船舶橫舶橫搖運動模型 6.10 利用神經網路辨識建立船舶橫搖運動模型 6.11 智能技術在船舶減搖系統中的應用 第7章 水下海洋運動體空間運動及控制 7.1 潛艇空間運動模型 7.2 潛器均衡控制 7.3 潛艇行進間的均衡控制數學模型 7.4 潛艇深度、縱傾及縱傾均衡的自動控制 7.5 深潛救生艇動力定位系統的控制模型

2. 控制理論中各類傳遞函數如何控制數學（船舶、飛機）模型啊

我想初學的話首先需要明確控制是做什麼用的，一句話來講，控制的目的是減少外界干擾對系統的影響。比如說你從教室里走到教室門，假如把你的眼睛蒙起來，那麼即使你一開始是朝向門走的，我在中途推了你一下，你的前進方向就變了，就走不到門了。但是如果你的眼睛沒有蒙起來，那麼即使你的方向改變了，你也會根據門的位置做出調整，也就是說你不怕外界的干擾了，這就是所謂的反饋控制。
接下來，控制有3個核心。
第一個是控制的對象，也就是你想控制什麼，你說的船舶、飛機都是控制對象，但不具體，船舶里有很多量，是要控制速度，還是吃水深度，還是行進方向，每一個都需要一個單獨的控制系統來進行控制。因此首先要選定一個具體的控制對象。
第二個是被控對象的模型，通常就表示為你所說的傳遞函數，每一個實際對象都有對應的傳遞函數，舉個例子，比如說我們熟悉的淋浴噴頭，要控制水溫適中才好洗澡，那麼假如現在涼了往熱水那邊調一下，結果是熱水不會立刻就出來，而是要過幾秒到十幾秒才會過來，這個性質就決定了它對應的傳遞函數是一個慣性環節，數學上表示成k/(as+1)，其中k和a都是常數，根據具體噴頭而定。因此如果比如你想控制船舶的速度，那麼就需要把與速度相關的比如電機、螺旋槳這些的傳遞函數弄清楚。
第三個是控制策略，還是淋浴噴頭，如果你覺得涼，往熱水方向調了很多，那麼過一會兒就又覺得熱了，然後你再往涼水調很多，過一會兒就又涼了，這就是所謂的震盪，調節不穩定。最常用的控制策略是PID控制，在船舶飛機上應該沒問題。

不知不覺打了這么多字。。。我所說的只是思路，具體選什麼對象，對象是什麼模型，每個模型的表達式，怎麼把反饋迴路打起來，怎麼調節PID參數，都需要依據實際情況弄明白，我不是學船舶和飛機的，但估計它們的控制並不簡單，建議先找幾個簡單的例子練練手，matlab裡面有一個工具箱叫simulilnk，專門用於搭控制模擬，很好用，可以學學。
加油，共同進步~

3. 在船上什麼顏色的儀器是不能碰撞的

紅色標記設備和儀器。紅色，一般的紅的都是危險信號，在航海一樣，sos就是紅色的按鈕。

比如：船尾螺旋槳和舵頁的管理船鍵都是紅色的。

舶前進的直接動力來自螺旋槳，依靠螺旋槳的旋轉產生對水的推力，促使船舶前進，當然如果螺旋槳反轉，就會實現船舶的倒退。螺旋槳使船舶前進，而帶動螺旋槳旋轉的機器一般為大型柴油機，這就是眾所周知的主機，主機安裝在在機艙里，通過通過中間軸、尾軸等伸出船後連接螺旋槳。

4. 船舶動力定位的內容簡介

《船舶動力定位》詳盡地論述了動力定位技術及其應用，重點總結並深入研究推動船舶動力定位技術進步和工程應用的若干關鍵技術和優秀成果。內容包括坐標系統及其變換、船舶運動數學模型、海洋環境模型、船舶推進系統數學模型、動力定位系統數據濾波與狀態估計、控制理論在船舶動力定位中應用、測量系統、推進系統、動力系統、動力定位系統的方案設計、動力定位系統結構、動力定位船作業、有關動力定位的指南、規則和條例等。《船舶動力定位》是國內第一部有關動力定位方面的經典著作，是作者近30年來有關船舶動力定位方面的教學和科學研究經驗的積累和總結，同時吸收了國內外相關的重要參考文獻的精華，力求反映當今該領域的新思想、新觀點、新動態和新的技術及學術水平。具有實用性、系統性和前沿性。《船舶動力定位》由淺入深，脈絡清晰，結構嚴謹，圖文並茂，實例豐富，生動地向讀者展現了動力定位技術的精髓。

5. 現在國內外研究船舶運動數學模型的有誰謝謝了

不是很了解哦！

6. 如何製造輪船模型和小螺旋槳

螺旋槳
古代的車輪，即歐洲所謂「槳輪」，配合蒸汽機，將原來槳輪的一列直葉板斜裝於一個轉轂上。構成了螺旋槳的雛型；

2、古代的風車，隨風轉動可以輸出扭矩，反之，在水中，輸入扭矩轉動風車，水中風車就有可能推動船運動；

3、在當時，已經使用了好幾個世紀的阿基米德螺旋泵，它能在水平或垂直方向提水，螺旋式結構能打水這一事實，作為推進器是重要的啟迪。

偉大的英國科學家虎克在1683年成功地採用了風力測速計的原理來計量水流量，於此同時，他提出了新的推進器——虎克螺旋槳（圖1）推進船舶，為船舶推進器作出了重大貢獻。

1752年，瑞士物理學家白努利第一次提出了螺旋槳比在它以前存在的各種推進器優越的報告，他設計了具有雙導程螺旋的推進器，安裝在船尾舵的前方。1764年，瑞士數學家歐拉研究了能代替帆的其它推進器，如槳輪（明輪）。噴水，也包括了螺旋槳。

潛水器和潛艇在水面下活動，傳統的槳、帆無法應用，笨重龐大的明輪也難適應。於是第一個手動螺旋槳，不是用在船上，而是作為潛水器的推進工具。

蒸汽機問世，為船舶推進器提供了新的良好動力，推進器順應蒸汽機的發展，成為船舶推進的最新課題。

第一個實驗動力驅動螺旋槳的是美國人斯蒂芬，他在1804年建造了一艘7．6米長的小船，用蒸汽機直接驅動，在哈得遜河上做第一次實驗航行，實驗中發現發動機不行，於是換上瓦特蒸汽機，實驗航速是4節，最高航速曾達到8節。

斯蒂芬螺旋槳有4個風車式槳葉（圖2），它鍛制而成，和普通風車比較它增加了葉片的徑向寬度，為在實驗中能選擇螺距與轉速的較好配合，槳葉做成螺距可以調節的結構。在哈得遜河上兩個星期的試驗航行中，螺旋槳改變了幾個螺距值，但是實驗的結果都不理想，性能遠不及明輪。這次實驗使他明白，在蒸汽機這樣低速的條件下，明輪的優越性得到了充分發揮，它的推進效率高於螺旋槳是必然的結論。

阿基米德螺旋的引入，最早見於1803年，1829年有英國的阿基米德螺旋槳的專利。並在此基礎上於1840- 1841年建造了一些民用的螺旋槳。1843年，英國海軍在「雷特勒」號艦上，第一次以螺旋槳代替明輪，隨後由斯密士設計了20艘螺旋槳艦，參加了對俄戰爭，斯密士成為著名人物。

1843年，美國海軍建造了第一艘螺旋槳船「浦林西登」號，它是由艦長愛列松設計，在愛列松的積極推廣下，美國相續建造了41艘民用螺旋槳船，最大的排水量達2000噸。

盡管英、美等國取得了一些成功，但是螺旋槳用作船舶推進還有很多問題，如在木殼船上可怕的振動，在水線下的螺旋槳軸軸承磨損，槳軸密封，推力軸承等。

隨著技術的進步，螺旋槳的上述缺陷，一個一個地克服，以及蒸汽機轉速的提高，愈來愈多螺旋槳在船上取代明輪。到1858年，「大東方」號裝有當時世界上最大的螺旋槳，它的直徑有7．3米，重量達36噸，轉速每分種50轉，當時，推進器標准不再具有權威性，由於螺旋槳的推進效率接近明輪，而且它卻具有許多明輪無法競爭的優點，明輪逐步在海船上消失。

在科學技術發展過程中，許多機械裝置的性能在人們還不太清楚的時候，就已經廣泛使用了。但是人們在不完全理解它的物理規律和沒有完整的理論分析以前，這些裝置很難達到它的最任性能。螺旋槳也不例外，直到1860年，雖然它在海船上已經成為一枝獨秀，但是它的成就全都是依靠多年積累的經驗。螺旋槳的進步，只依靠專家們的直觀推理，已經不能滿足船舶技術的發展需要，它有待科學家對其流體動力特性做出完整的解釋，這就促使螺旋槳理論的發展。

螺旋槳的理論研究，在船舶技術發展過程中，它比任何一個專業領域都做得多，從經驗方法過渡到數字化設計，再進而應用計算機技術進行螺旋槳最佳化的設什。一個好的螺旋槳其設計是非常重要的，模型試驗也起著主要的作用。

近代螺旋槳的發展，由於我國自19世紀中葉淪為半殖民地，很少有貢獻。解放後，我國造船事業得到新發展，對螺旋槳技術也進行了大量設計、研究工作，為各類艦船配上了大量自己設計製造的螺旋槳。最值得驕做的是「關刀槳」的問世，它是我國在螺旋槳技術發展中的一大創造。那是在60年代，廣州文沖船廠有一位師傅，名叫周挺，他根據自己幾十年製做螺旋槳的經驗，把螺旋槳的槳葉輪廓做成三國演義中關公的82斤重大刀的式樣，他形象地叫它「關刀槳」（圖4）。

「關刀槳」曾在一些船上試驗航行，提高了船的航速，更奇的是螺旋的振動卻大大地減弱了。在當時的長江2000馬力拖輪和華字登陸艇上使用，都取得了良好的效果，這一成就，吸引了許多造船界人士。1973年，在上海首先做了「關刀槳」敞水試驗研究，同時還提供了設計圖譜。有趣的是，在世界著名造船國家今天開發的「大側斜」螺旋槳，如（圖5）最新艦用大側斜螺旋槳，直徑6．3米，軸功率35660千瓦，艦航速達32．8節；圖6所示是最新在客渡船上採用的大側斜螺旋槳，該槳直徑5．1米，軸功率15640干瓦，船航速為23．2節。圖7所示是最新化學品船上採用的大側斜螺旋槳，該槳直徑6．2米，軸功率10400千瓦，船航速16．7節。它們和「關刀槳」非常相似，其重要特徵是振動，雜訊小，這也是「關刀槳」所具有的特點。

7. 英語翻譯：

Considering the navigation of ships and ship propulsion system itself in the process of working conditions, in order to more accurate control of propeller thrust, according to the ship propulsion system operating characteristics of the controllable pitch propeller, 並對調距槳液壓伺服機構相關的螺距變化指令信號控制進行了研究。
Considering the navigation of ships and ship propulsion system itself in the process of working conditions, in order to more accurate control of propeller thrust, according to the ship propulsion system operating characteristics of the controllable pitch propeller, and reversed pitch change of command signals to control pitch propeller hydraulic servo mechanism related to research.
考慮到船舶航行過程中推進系統本身和船舶的工作條件，為了更加精確的控制螺旋槳的推力，建立了推進系統的數學模型，並對調距槳液壓伺服機構相關的螺距變化指令信號控制進行了研究。
Considering the working conditions of ship propulsion system itself and the ship sailing process, in order to control the propeller more accurate thrust, established the mathematical model of propulsion system, and on the pitch change of command signals to control pitch propeller hydraulic servo mechanism related to research.
在船舶的電力系統中，軸帶電機運動中不斷實現電磁轉化，其運動或靜止對整個船舶電力系統的運轉發揮著關鍵的作用。文中參照相關文獻，首先建立了「理想電機」的模型，進一步採用電路理論得到了軸帶發電機的數學模型，為船舶動力系統的電力部分選型打下了基礎。
In the power system of ship in the shaft with motor and continuously realizing electromagnetic conversion, the moving or still running on the ship power system plays a key role. Refer to the related literatures, in this paper, firstly established the "ideal motor model, further the shaft mathematical model of generator circuit for the power part adopts theory, selection of ship power system laid the foundation.

如有疑問請繼續追問，望採納，謝謝，您的採納是我的力量！

8. 船舶動力定位的目錄

前言
第一部分 數學模型
第1章 緒論
1.1 船舶動力定位的定義
1.2 船舶動力定位的發展史
1.2.1 動力定位產生的背景
1.2.2 動力定位系統的技術發展現狀
1.3 船舶動力定位簡介
1.3.1 動力定位系統工作原理
1.3.2 船舶動力定位的基本功能
1.3.3 動力定位的分級
1.4 國際組織和船級社
1.4.1 國際組織
1.4.2 船級社
第2章 坐標系統
2.1 概述
2.2 地球中心慣性坐標系
2.3 地球中心固定坐標系
2.4 WGS-84坐標系
2.5 通用橫向墨卡托投影坐標系統
2.6 北東坐標系
2.7 船體坐標系
2.8 船體平行坐標系
第3章 船舶運動數學模型
3.1 運動學
3.1.1 運動變數定義
3.1.2 船體坐標系與北東坐標系之間的轉換
3.1.3 船舶運動學
3.2 動力學
3.2.1 剛體動力學
3.2.2 船舶水動力和力矩
3.2.3 水動力的無因次體系
3.3 船舶運動數學模型
3.3.1 六自由度非線性運動方程
3.3.2 六自由度線性運動方程
3.3.3 單自由度直航模型
3.3.4 單自由度自動駕駛儀模型
3.3.5 二自由度線性操縱模型
3.3.6 三自由度水平面運動模型
3.3.7 縱盪-垂盪-縱搖三自由度運動模型
3.3.8 橫盪-橫搖-艏搖三自由度運動模型
第4章 海洋環境模型
4.1 風的模型
4.1.1 相對風速和相對風向
4.1.2 風力與風力矩系數
4.2 海浪的模型
4.2.1 風級、浪級和海況的定義
4.2.2 波能譜公式
4.2.3 海浪響應的線性模型
4.2.4 遭遇頻率
4.2.5 海浪干擾力和干擾力矩
4.3 海流模型
4.3.1 海流對運動模型的影響
4.3.2 海流作用於船體的干擾力及力矩
第二部分 控制理論在船舶動力定位中的應用
第5章 動力定位的數據處理和數據融合
5.1 概述
5.1.1 多感測器數據融合的起源和發展
5.1.2 多感測器數據融合技術的分類
5.1.3 船舶動力定位數據處理和數據融合
5.2 位置參考系統數據處理
5.2.1 野值剔除
5.2.2 濾波
5.2.3 時間對准
5.2.4 空間對准
5.3 基於置信測度的融合演算法
5.3.1 置信距離矩陣的計算
5.3.2 關系矩陣的確定
5.3.3 權值的計算
5.4 數據處理和融合演算法模擬
5.4.1 計算機模擬
5.4.2 半實物模擬實驗
第6章 動力定位的數據濾波與狀態估計
6.1 卡爾曼濾波器的設計
6.1.1 卡爾曼濾波簡介
6.1.2 數據濾波與狀態估計中船舶運動數學模型
6.1.3 離散型卡爾曼估計濾波器的設計
6.1.4 擴展的離散時間卡爾曼估計濾波器設計
6.2 無源非線性估計濾波器設計
6.2.1 系統模型
6.2.2 估計濾波器方程
6.2.3 估計濾波器誤差動態特性
6.2.4 穩定性分析
6.2.5 估計濾波器增益矩陣的確定
6.2.6 穩定性證明
6.3 非線性無源觀測器的模擬案例
第7章 動力定位的控制方法
7.1 基於PID的動力定位船舶航跡保持控制
7.1.1 PID控制演算法
7.1.2 PID控制演算法的改進
7.1.3 動力定位船舶的低速航跡保持策略
7.1.4 動力定位船舶的高速航跡保持策略
7.1.5 低速航跡保持艏向控制器模擬
7.1.6 高速航跡保持艏向控制器設計與模擬
7.2 動力定位線性二次型(LQ)最優控制
7.2.1 LQ最優控制基本原理
7.2.2 動力定位控制系統的最優LQ設計
7.2.3 風前饋控制器的設計
7.2.4 動力定位LQ控制的模擬實驗
7.3 基於MPC的動力定位控制器的設計
7.3.1 選用MPC用於動力定位系統的幾點考慮
7.3.2 動力定位系統中的約束
7.3.3 基於MPC方法實現動力定位系統約束處理的原理
7.3.4 動態矩陣控制演算法
7.3.5 動力定位MPC控制器的模擬實驗
7.4 環境最優艏向控制
7.4.1 最優艏向的獲得方法
7.4.2 李雅普諾夫穩定性定理
7.4.3 基於非線性反步設計法的環境最優艏向控制器
7.4.4 環境最優艏向控制器模擬實驗及分析
第三部分 測量系統
第8章 位置參考系統
8.1 衛星定位系統
8.1.1 全球定位系統
8.1.2 差分全球定位系統
8.1.3 全球導航衛星系統
8.1.4 北斗
8.2 水聲位置參考系統
8.2.1 概述
8.2.2 長基線系統
8.2.3 短基線系統
8.2.4 超短基線系統
8.3 Artemis微波位置參考系統
8.3.1 Artemis工作原理
8.3.2 Artemis系統功能特點
8.3.3 Artemis Mk IV系統
8.4 張緊索系統
8.4.1 概述
8.4.2 張緊索的幾何推算
8.4.3 三種張緊索系統
8.5 激光位置參考系統
8.5.1 Fanbeam
8.5.2 CyScan
第9章 動力定位系統其他感測器
9.1 艏向感測器
9.1.1 電羅經簡介
9.1.2 NAVIGAT X MK 1型數字電羅經
9.2 風感測器
9.2.1 皮託管式風感測器
9.2.2 螺旋槳風感測器
9.2.3 超聲波風感測器
9.2.4 霍爾效應電磁風感測器
9.2.5 熱線、熱膜式風感測器
9.3 垂直運動感測器
9.3.1 MRU簡介
9.3.2 Kongsberg Seatex MRU 5
第四部分 推進系統和動力系統
第10章 推進系統
10.1 概述
10.2 推進器的形式和原理
10.2.1 主推進器
10.2.2 槽道推進器
10.2.3 全回轉推進器
10.2.4 吊艙推進器
10.2.5 噴水推進器
10.3 推進系統的數學模型
10.3.1 敞水螺旋槳的推力和轉矩
10.3.2 船體與螺旋槳的相互作用
10.3.3 推進器效率
10.3.4 螺旋槳流體動力的計算模型
10.4 噴水推進器的一般特性
10.4.1 船舶航行推力與阻力平衡方程
10.4.2 噴水推進器能頭平衡方程
第11章 動力系統
11.1 概述
11.2 動力系統組成
11.3 電力系統
11.3.1 概述
11.3.2 動力定位船舶的發電系統
11.3.3 動力定位船舶的供配電系統
11.3.4 動力定位船舶的負載系統
11.3.5 動力定位船舶的輸電系統
11.4 動力系統可靠性的保障
11.4.1 冗餘電路
11.4.2 電力系統保護
11.4.3 應急電力系統
11.5 電站監控和運行管理系統
11.5.1 電力參數監測顯示及報警
11.5.2 發電機的啟動和停車控制
11.5.3 分級卸載功能
11.5.4 重載的啟動詢問
11.5.5 停電恢復功能
11.5.6 電站運行情況記錄
第五部分 船舶動力定位系統
第12章 動力定位系統設計
12.1 概述
12.2 推進器布置
12.2.1 簡單的推進器布置
12.2.2 推進器布置規則
12.3 動力定位系統的組成與配置
12.3.1 動力定位系統的組成
12.3.2 動力定位系統的配置和分級
12.4 動力定位能力計算
12.4.1 概述
12.4.2 有關動力定位能力計算的說明
12.5 中國船級社有關動力定位系統的相關說明
12.5.1 附加標志
12.5.2 定義
12.5.3 故障模式與影響分析
第13章 動力定位系統功能和組成
13.1 概述
13.2 動力定位的模式與功能
13.2.1 動力定位的模式
13.2.2 動力定位的特種功能
13.3 動力定位系統的基本組成
13.4 動力定位產品介紹
第14章 動力定位船舶作業
14.1 概述
14.2 潛水支持作業
14.3 勘察和ROV支持作業
14.4 海床開溝機作業
14.5 鋪管作業
14.6 傾倒岩石作業
14.7 采砂挖泥作業
14.8 鋪纜與維修作業
14.9 起重船作業
14.10 移動式海底鑽井平台作業
14.11 油輪作業
14.12 浮式生產儲存裝載單元作業
14.13 其他功能和作業
參考文獻

9. 什麼是環路增益 【書上只寫了，AF被稱為環路，並沒說其它，對此我並不明白其所代表的實際意義。

環路增益是指一反饋迴路中的總增益，一般會以比例或是分貝表示。環路增益常用在放大器及電子振盪器的線路中，後來更擴展到控制工廠及設備的工業控制系統中。環路增益的概念也用在生物學中。在反饋迴路中，為了控制輸出，會量測設備、程序的輸出，取樣後，再以此影響輸入信號，使輸出控制的更理想。

環路增益和環路相位移決定了設備的特性，也決定輸出是否穩定，或是不穩定（振盪）。海因里希·巴克豪森在1921年最早發現環路增益在電子反饋放大器特性分析中的重要性，後來在1930年代由貝爾實驗室的亨德里克·韋德·波德及哈里·奈奎斯特繼續發展。

在通訊上，環路增益可以指載波終端或是二線中繼器上的可用功率增益。最大的可用增益是由閉迴路的總損失決定，可用增益不能大於總損失。

(9)船舶運動數學模型擴展閱讀

梅森增益公式可表示為P=PkΔk，其中P為總增益，Δ是流圖的特徵式，可用下式表示：Δ=1-La+LbLc-LdLeLf+…，

式中La是所有不同迴路的增益之和，LbLc是每兩個互不接觸迴路增益乘積之和,LdLeLf是每三個互不接觸迴路增益乘積之和。Pk是第k條前向通路的增益，Δk是在除去與第k條前向通路相接觸的迴路後的Δ值。