﻿ 六自由度舰船运动轨迹跟踪算法分析
 舰船科学技术  2022, Vol. 44 Issue (8): 56-59    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2022.08.011 PDF

Analysis on tracking algorithm of 6-DOF ship motion trajectory
WANG Yue-chun, ZHANG Su-zhen, SUN Ning
National Engineering Laboratory for Disaster Backup and Recovery, Shijiazhuang 050021, China
Abstract: During the navigation of ships, it is necessary to develop a 6-DOF ship trajectory tracking simulator to simulate the sea conditions of navigation and provide a platform for adaptive training. The 6-DOF motion trajectory tracking needs to comprehensively consider various swaying conditions, and use algorithms to plan the ship's motion trajectory, thereby improving the level of ship motion simulation technology. This paper selects the ship motion mechanism model based on the technical requirements of the 6-DOF ship motion simulation platform, and proposes a 6-DOF motion trajectory tracking algorithm, namely the genetic algorithm, to optimize the parameters of the motion trajectory simulator, and verify the motion trajectory through simulation experiments. The accuracy of the tracking algorithm ensures the performance of the motion trajectory simulator.
Key words: 6-DOF     ship     motion trajectory     tracking algorithm
0 引　言

1 六自由度舰船运动模拟平台 1.1 运动模拟平台的技术要求

1.2 运动模拟平台选型

 图 1 基于Stewart平台的六自由度运动机构 Fig. 1 6-DOF motion mechanism based on Stewart platform
2 六自由度舰船运动轨迹跟踪算法 2.1 算法的关键参数

 $\begin{gathered} Stroke = \max (st{r_{ji}}) ，i = 1,2 \cdots,6;j = 1,2\cdots,6 。\end{gathered}$
 ${F_{\max }} = \max (r,R,h)\cdot {F_{ji}} 。$

 图 2 平面距离h不变的情况下液压缸的行程示意图 Fig. 2 Schematic diagram of the stroke of the hydraulic cylinder when the plane distance h remains unchanged

 图 3 平面距离h不变的情况下液压缸的受力示意图 Fig. 3 Force diagram of hydraulic cylinder with constant plane distance h

r的取值保持不变时，液压缸的行程与受力情况分别如图4图5所示。

 图 4 上铰圆r不变的情况下液压缸的行程变化轨迹图 Fig. 4 The stroke change trajectory diagram of the hydraulic cylinder under the condition that the upper hinge circle r remains unchanged

 图 5 上铰圆r不变的情况下液压缸的受力示意图 Fig. 5 Force diagram of hydraulic cylinder when the upper hinge circle r remains unchanged

2.2 模拟器参数优化

 $f(x) = {w_1}\cdot Stroke + {w_2} {\cdot} {F_{\max }} \text{。}$

${F_{\max }}$ 是整个目标函数中复杂程度最高的一项，受到一些因素的限制，使得 ${F_{\max }}$ 的导数项难以获取。因此，传统的优化方法无法对目标函数求解。由于遗传算法能够通过收敛得到全局最优解，所以选用该算法对模拟器进行参数优化。具体步骤如下：先进行编码并确定搜索空间，本次优化中，编码采用实数，结合约束条件，确定遗传算法的搜索边界；随后初始化过程，并定义整数pop，以此作为染色体的个数；对函数做系统评价，为种群内的染色体设定概率，使其被选中的可能性更高，其中最好的染色体为i=1，而最好染色体的选择概率为a；参数经过迭代达到终止条件后，便可终止运行，最终得到的结果即为最优解，这个解就是最佳的模拟器参数。

2.3 运动轨迹跟踪算法验证

 图 6 六自由度舰船运动受力仿真模拟图 Fig. 6 Simulation diagram of 6-DOF ship motion force simulation

 图 7 基于三维坐标系的六自由度舰船运动轨迹仿真模拟图 Fig. 7 Simulation diagram of six degrees of freedom ship motion trajectory based on three-dimensional coordinate system
3 结　语

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