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水下自主航行器动力学模型 建模和参数估计PDF电子书下载

交通运输

• 作 者：吴旭光，徐德民着（西北工业大学航海学院）
• 出 版 社：西安：西北工业大学出版社
• 出版年份：1998
• ISBN：7561210051
• 页数：178 页

图书介绍： 查看图书目录点击购买PDF全本电子书 上一篇：海上固定式平台的设计制造和安装下一篇：探险·开拓·交流 航海史话 《水下自主航行器动力学模型 建模和参数估计》目录 标签：动力学 航行 建模 航海 模型

第一章　绪论1

1.1 系统与模型1

1.2　系统辨识的定义3

1.3 系统辨识的理论与技术4

1.3.1 系统辨识／参数估计5

1.3.2 辨识的内容与技术的实现6

1.4　系统辨识的应用7

1.5 水下自主航行器动力学建模技术与应用9

1.5.1 水下自主航行器动力学模型研究的必要性9

1.5.2　航行器动力学模型10

1.5.3　航行器动力学模型结构11

1.5.4　航行器动力学模型参数估计问题12

1.5.5 其他问题13

2.1.1 坐标系的选择15

2.1 水下自主航行器的空间运动表示及其运动参数15

第二章　水下自主航行器动力学模型15

2.1.2　航行器的运动参数18

2.1.3　坐标变换矩阵19

2.1.4　航行器的操纵机构20

2.2　航行器系统数学模型21

2.2.1 刚体动力学系统22

2.2.2 一般空间运动方程组23

2.3　数学模型的分解和简化25

2.3.1 航行器纵向运动模型26

2.3.2 航行器侧向运动模型27

2.3.3 航行器的横滚运动模型28

第三章　参数估计理论与算法30

3.1 最小二乘法30

3.1.1 最小二乘问题的提法和基本计算公式30

3.1.2 最小二乘估计的几何意义和统计性质32

3.1.3 最小二乘参数估计的递推算法35

3.1.4 数据饱和现象37

3.2　状态估计和卡尔曼滤波算法40

3.2.1 卡尔曼滤波基本公式40

3.2.2 非线性连续-离散系统的卡尔曼滤波44

3.3　极大似然辨识算法47

3.3.1 极大似然准则47

3.3.2 非线性动力学系统极大似然算法48

3.3.3 极大似然参数估计的近似算法53

3.3.4 极大似然递推算法55

第四章　航行器动力学参数辨识57

4.1 引言57

4.2　参数辨识问题的描述58

4.2.1 辨识问题的描述58

4.2.2　航行器纵向运动的仿真模型60

4.2.3 航行器纵向运动模型参数灵敏度方程61

4.2.4 各参数对输出的灵敏度分析63

4.3 极大似然迭代辨识算法64

4.3.1 牛顿-拉夫逊算法64

4.3.2　数值的稳定性65

4.3.3　迭代步长的优化处理66

4.3.4　辨识结果和分析69

4.4 单纯形寻优法71

4.4.1 算法的描述72

4.4.2　单纯形寻优法辨识结果74

4.5　极大似然递推辨识算法75

4.5.1　算法的描述76

4.5.2 数值计算问题77

4.5.3　极大似然递推辨识算法结果和分析80

4.6　增广的广义卡尔曼滤波算法82

4.7 结论85

第五章　数据预处理及相容性检验87

5.1 前言87

5.2　数据处理的理论基础87

5.2.1 信号的分类87

5.2.2 随机信号的描述88

5.2.3 白噪声极其性质90

5.2.4 随机模型91

5.3　数据预处理94

5.3.1 野值的识别、剔除与补正94

5.3.2　传感器安装位置校正97

5.3.3　低通滤波98

5.3.4 数据加密101

5.3.5　数据平滑和微分平滑102

5.4　数据相容性检验和数据重建104

5.4.1 相容性检验基本方程105

5.4.2 简化的相容性检验基本方程108

5.5　数据相容性检验应用结果110

5.5.1 第一种相容性检验方程110

5.5.2 简化相容性检验方程110

5.6　测量数据含有异常值时的鲁棒估计问题111

5.6.1 问题的提法111

5.6.2　鲁棒估计算法113

5.6.3 参数不确定区间的估计116

5.6.4　仿真算例116

5.7　结论118

第六章　不确定性系统及其建模119

6.1 不确定性系统的描述120

6.1.1 统计假设和UBBE假设121

6.1.2 建模不确定性和未建模不确定性122

6.2　鲁棒辨识理论与技术123

6.1.3 航行器系统的不确定性模型123

6.2.1 参数的不确定椭球估计124

6.2.2　广义估计问题（Generalized Estimation Problem）125

6.2.3 l1鲁棒辨识128

6.2.4 H∞鲁棒辨识131

6.3　离散系统H∞辨识132

6.3.1 系统和问题的描述134

6.3.2 H∞辨识算法136

6.3.3 仿真算例138

6.4　连续系统的H∞辨识142

6.4.1 问题的描述和定义143

6.4.2　连续系统的H∞辨识算法144

6.4.3 水下自主航行器系统辨识算例148

7.1.1 问题的描述与模型结构150

第七章　辨识技术和应用150

7.1 递推辨识算法在故障检测中的应用150

7.1.2　算法的描述152

7.1.3 水下自主航行器快变参数的辨识154

7.2　模型的确认与验证158

7.2.1　模型的确认（Model Validation）160

7.2.2　模型的验证（Model Verification）162

7.2.3 不确定性模型的有效性验证163

7.3　水下自主航行器建模软件包TMSP164

7.3.1 总体说明165

7.3.2 TMSP结构及其功能167

7.3.3　软件包的设计169

7.3.4 软件包的使用171

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摘要：本文以“水下自主航行器动力学模型 建模和参数估计.pdf电子书版文档下载”为中心，详细阐述了水下自主航行器动力学模型的建模方法、参数估计技术以及相关应用。通过对该文档的深入分析，本文旨在为相关领域的研究者和工程师提供有益的参考和借鉴。

1、建模方法

水下自主航行器动力学模型的建立是研究其运动规律和性能的基础。本文首先介绍了水下自主航行器动力学模型的建模方法，包括物理建模、数学建模和仿真建模。物理建模主要基于牛顿第二定律和流体力学原理，通过建立航行器的质量、力、速度和加速度之间的关系，描述航行器的运动状态。数学建模则通过建立数学方程组，对航行器的运动进行定量描述。仿真建模则通过计算机模拟，对航行器的运动进行可视化展示。

在建模过程中，本文详细分析了航行器的受力情况，包括浮力、重力、推力和阻力等，并建立了相应的数学模型。此外，还考虑了航行器的姿态控制、速度控制等因素，使模型更加全面和准确。

通过对建模方法的深入探讨，本文为水下自主航行器动力学模型的建立提供了理论依据和技术支持。

2、参数估计技术

参数估计是水下自主航行器动力学模型研究的重要环节。本文介绍了参数估计的基本原理和方法，包括最小二乘法、卡尔曼滤波和粒子滤波等。最小二乘法是一种常用的参数估计方法，通过最小化误差平方和来估计模型参数。卡尔曼滤波和粒子滤波则分别适用于非线性系统和非高斯分布系统。

在参数估计过程中，本文详细分析了参数估计的步骤和注意事项，包括数据预处理、模型选择、参数初始化和迭代优化等。通过对参数估计技术的深入研究，本文为水下自主航行器动力学模型的参数估计提供了有效的方法和策略。

此外，本文还探讨了参数估计在实际应用中的挑战和解决方案，为相关领域的研究者和工程师提供了有益的参考。

3、应用领域

水下自主航行器动力学模型在多个领域具有广泛的应用。本文介绍了该模型在海洋资源勘探、水下地形测绘、水下目标探测等领域的应用。在海洋资源勘探方面，动力学模型可以帮助研究人员预测航行器的运动轨迹，提高勘探效率。在水下地形测绘方面，模型可以用于分析航行器的姿态变化，实现高精度地形测绘。在水下目标探测方面，模型可以用于优化航行器的探测策略，提高探测效果。

此外，本文还介绍了动力学模型在其他领域的应用，如水下机器人控制、水下通信等。通过对应用领域的深入探讨，本文展示了水下自主航行器动力学模型的重要价值和广泛前景。

总之，本文详细阐述了水下自主航行器动力学模型的应用领域，为相关领域的研究者和工程师提供了有益的参考。

4、总结与展望

本文以“水下自主航行器动力学模型 建模和参数估计.pdf电子书版文档下载”为中心，对水下自主航行器动力学模型的建模方法、参数估计技术以及相关应用进行了详细阐述。通过对该文档的深入分析，本文为相关领域的研究者和工程师提供了有益的参考和借鉴。

然而，水下自主航行器动力学模型的研究仍存在一些挑战，如非线性模型的处理、参数估计的精度和实时性等。未来，随着相关技术的不断发展，水下自主航行器动力学模型的研究将更加深入，为水下航行器的性能提升和广泛应用提供有力支持。

总结：

本文详细阐述了水下自主航行器动力学模型的建模方法、参数估计技术以及相关应用，为相关领域的研究者和工程师提供了有益的参考和借鉴。

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