(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111298313.6 (22)申请日 2021.11.04 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114036633 A (43)申请公布日 2022.02.11 (73)专利权人 哈尔滨工程大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南 通大街145号哈尔滨工程大学科技处 知识产权办公室 (72)发明人 宋吉广　梁利华　吉明　史洪宇　 张松涛　 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 7/00(2006.01)G01C 21/16(2006.01) G01F 23/00(2022.01) G01K 13/00(2021.01) G01L 11/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 107121232 A,2017.09.01 CN 106828819 A,2017.0 6.13 审查员 姚航 (54)发明名称 一种计算鳍动态升力的融合方法 (57)摘要 本发明提供一种计算鳍动态升力的融合方 法， 包括以下步骤： (1)通过贝叶斯滤波对有效攻 角αe进行最优估计； (2 )对动态升力FF1进行计 算； (3)利用鳍上受到的水动力和驱动鳍的液压 缸的力矩平衡计算出鳍上产生的升力； (4)利用 传感器融合技术， 对两种方法获得的动态升力 FF1和FF2进行融合估计， 以获得准确的升力 FF。 本 分明分别对影响鳍角反馈减摇鳍的有效攻角和 动态升力的问题进行估计， 利用普通压力传感器 和鳍角传感器 分别获得动态升力的估计值。 进而 对两种传感器的数据进行融合， 以获得更准确的 动态升力。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114036633 B 2022.12.09 CN 114036633 B 1.一种计算鳍动态升力的融合方法， 其特 征是： 包括以下步骤： 步骤1： 通过贝叶斯滤波对有效攻角 αe进行最优 估计； 鳍上的有效攻角 αe可表述为： αe＝αm+αw+αs+αpu 式中， αm为机械鳍角， αs为船舶纵摇角， αpu为船舶横摇运动对鳍有效攻角的影响项， αw为 随机干扰项， αpu＝arctan(rp/U)≈rp/U， r表示鳍到船体重心之间的距离， p表示船舶的横摇 角速度， U表示船舶的航速； 鳍的有效攻角表示式可转换为αm+αs+αpu＝αe‑αw， 写成标准形式 X＝F(I)+v 式中X＝αm+αs+αpu为测量值， I为有效攻角， v＝ ‑αw看成随机扰动， I的估计值表示为 依据贝叶斯估计， 风险表达式为： 式中P(X)表示测量值的概率分布， P(I|X)表示后验概率， 为损失函数； 则有效 攻角I的最大后验 估计为： 步骤2： 对动态升力FF1进行计算； 鳍上的升力表示 为： 式中ρw为流体海水密度， A为鳍的面积， CL( αe)为鳍的升力系数； v1为采用静态升力系数 计算动态升力所引起的误差项； 步骤3： 利用鳍上受到的水动力和驱动鳍的液压缸的力矩平衡计算出鳍上产生的升力 FF2； 液压缸所受的力矩 平衡方程 为： 式中Mm为液压缸提供的驱动力矩， Ms为鳍上受到的水动力力矩， Mf为鳍轴和船体之间的 摩擦力矩， Mu为鳍叶受到的重力和浮力的不平衡力矩， J为包含摇臂、 鳍轴和鳍叶的转动惯 量； 驱动力矩Mm可以表示 为： Mm＝At(p1‑p2)L1cosαm 式中At表示液压缸的有效面积， 即液压缸有杆腔和无杆腔的面积之和； p1和p2鳍分别表 示液压缸(10.1)无杆腔和液压缸(10.1)有杆腔的压力， 即压力传感器(11.1)和(11.2)的测 量值； L1为液压缸 耳环支点中心至鳍轴中心的距离； 鳍上受到的水动力 力矩Ms可近似表示 为： Ms＝‑FF2L2/cosαm 式中FF2为鳍上提供的升力， L2为鳍上等效升力作用点至鳍轴的距离；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114036633 B 2综合， 可得 升力作用中心相对鳍轴的距离L2可表示为： 式中CL、 CD和Cm分别为由实验测定的鳍的升力系数， 阻力系数和转矩系数； Lc为平均弦 长， La为鳍轴至中弦首沿的距离； αe使用步骤1中对有效攻角的最优 估计值； 结合上式升力FF2可表示为： 步骤4： 利用传感器融合技术， 对两种方法获得的动态升力FF1和FF2进行融合估计， 以获 得准确的升力FF； 对FF1和FF2进行融合估计， 根据贝叶斯定理可 得： 式中P(FF|FF1,FF2)为联合后验概率， P(FF1,FF1|FF)为似然概率， P(FF)和P(FF1,FF2)为相 应值的概 率； 则可以获得 FF的最大后验 估计为： 可以获得升力FF的融合估计值； 至此， 可以准确的计算鳍上产生的动态升力。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114036633 B 3