船舶螺旋桨推力的在线高精度辨识方法研究

作者：马相龙; 吴昊; 邹冬林^*; 薛林; 塔娜; 饶柱石

来源：中国舰船研究, 2023, 1-10.

DOI：10.19693/j.issn.1673-3185.03112

• Kalman滤波
• 推力辨识
• 推进轴系
• 位移测量
• 在线监测1

【目的】由于轮机舱机械噪声、电磁噪声及轴系振动等干扰噪声影响，螺旋桨推力在轴系上产生的微弱形变信号易被淹没，导致难以准确测量其推力，故提出一种在低信噪比下仍有很高精度的螺旋桨推力测量新方法。【方法】傅里叶变换（FFT）、小波分析及经验模式分解（EMD）等常用降噪方法均为基于纯数据的降噪，未考虑测量数据中潜藏的力学机制，导致在实船强噪声干扰环境下的降噪效果不佳。而Kalman滤波兼容考虑了测量数据噪声影响以及数据中蕴藏的力学机制，故其去噪效果更佳。因此，利用Kalman滤波结合推力–位移状态方程及温度变形影响开展轴系推力测量研究，提出一种螺旋桨推力的高精度在线辨识方法，并以恒定转速、变转速及低频波动转速3种工况为例，研究了不同信噪比下该方法的推力辨识精度与鲁棒性。【结果】研究结果表明，在信噪比仅为20 dB时，推力辨识最大相对误差仅为3.56%。【结论】该方法在低信噪比下仍有很高的辨识精度与鲁棒性。同时，该方法属于时域辨识方法，在转速突变、螺旋桨缠绕渔网等突发工况时亦能实时跟踪推力变化，因此可用于螺旋桨推力及轴系状态的在线实时监测。

• 单位
  上海交通大学; 机械系统与振动国家重点实验室; 上海船舶设备研究所