海洋运载器运动建模

本书首先介绍船舶的基础概念，从船舶概论入手，使读者具有一定的船舶基础知识，从理论上讲述了海洋运载器六自由度运动方程的推导过程，从六自由度模型进一步得到水平面运动方程和垂直面运动方程，并给出海洋运载器运动的稳定性和操纵性分析，最后给出了两个海洋运载器数学模型的应用案例．模拟器用船舶六自由度运动模型、全垫升气垫船四自由度运动模型，使读者深入、彻底地掌握海洋运载器的运动建模及应用方法。本书是作者多年来有关海洋运载器运动建模与仿真方面的教学和科学研究经验的积累和总结，同时吸收了国内外相关的重要参考文献的精华，直接面向船舶海洋工程类、船舶运动控制类相关本科生和研究生的课堂教学，同时兼顾船舶与海洋工程相关科研人员的实际应用。本书适用于不同的读者群，可以作为自动控制类及海洋工程专业本科生和研究生教材，也可作为船舶与海洋工程领域的科学工作者和工程技术人员的重要参考书，同时也可供对海洋运载器技术感兴趣的其他专业人员阅读。

付明玉，女，现为哈尔滨工程大学教授，海洋装置与控制技术研究所副所长，博士生导师。一直从事船舶运动控制及相关学科的科学研究工作，是船舶动力定位、气垫船综合驾控、船舶运动建模和半实物仿真等领域的国内著名专家，主讲“船舶动力定位”“海洋运载器运动建模”“现代控制理论”等课程，曾获国家、省部级科技进步奖多项。现任《中国造船》《船舶工程》杂志编委，曾出版著作《船舶动力定位》，发表SCI、EI收录论文多篇，申请国家发明专利20余项，主持国家、省部级科研和生产项目多项。
王元慧，女，副教授，副博士生导师，吉林临江人，1981年生，IEEE会员，IEEE海洋工程学会会员。2008年3月，控制理论与控制工程专业博士毕业，一直从事船舶动力定位技术，气垫船智能驾控技术、船舶运动建模与仿真技术、海洋机器人智能自主控制方面的教学与科学研究工作。先后出版著作四部，发表SCI、EI收录论文30余篇，主持国家自然科学基金一项。
王成龙，男，讲师，黑龙江人，1978年出生。2009年3月哈尔滨工程大学控制理论与控制工程专业博士毕业，2013年1月哈尔滨工程大学船舶与海洋工程博士后科研流动站出站，主要从事船舶操纵与控制方面的研究。

第1章船舶概论
1.1船形与尺度
1.2船舶浮性
1.3船舶稳性
1.4船舶六自由度运动
1.5船舶操纵性
1.6船舶耐波性
1.7螺旋桨推进器概述
1.8舵
第2章海洋运载器运动学模型
2.1动态系统数学模型概述
2.2坐标系
2.3运动变量定义
2.4运动学模型
第3章海洋运载器动力学模型
3.1惯性矩阵与惯量主轴
3.2刚体动量和动量矩
3.3平移三自由度动力学模型
3.4旋转三自由度动力学模型
3.5海洋运载器六自由度运动动力学模型
3.6海洋运载器六自由度运动动力学模型的矢量描述
3.7六自由度运动动力学模型的简化
3.8海洋运载器六自由度运动数学模型
第4章海洋运载器流体动力分析
4.1作用于海洋运载器上的力
4.2静力分析
4.3水动力分析
第5章海洋运载器运动应用数学模型
5.1六自由度运动非线性数学模型
5.2船舶定位下的六自由度运动线性数学模型
5.3水平面三自由度运动数学模型
5.4水平面横移和摇艏二自由度运动线性模型
5.5单自由度运动数学模型
5.6垂直面三自由度运动模型
5.7横移-横摇-摇艏三自由度运动模型
第6章螺旋推进器水动力性能数学模型
6.1螺旋桨的几何特征
6.2螺旋桨敞水工作特性
6.3螺旋桨与船体间的相互作用
6.4螺旋桨之间的相互作用
第7章水平面运动方程
7.1水平面运动一般方程
7.2水平面运动水动力函数一阶水动力系数分析
7.3水平面运动二阶和三阶水动力系数分析
7.4水平回转运动分析
7.5运动稳定性分析
第8章垂直面运动方程
8.1垂直面运动一般方程
8.2垂直面运动水动力函数一阶水动力系数分析
8.3垂直面运动二阶和三阶水动力系数分析
8.4垂直面定常运动
8.5垂直面稳定性分析
第9章海洋环境数学模型
9.1风模型
9.2波浪模型
9.3海流模型
第10章模拟器用船舶六自由度运动数学模型
10.1六自由度船舶运动数学模型
10.2水动力系数的估算公式
10.3螺旋桨推力仿真模型
10.4舵力仿真模型
10.5操纵性分析
10.6船舶在风浪中运动仿真
第11章全垫升气垫船六自由度操纵运动数学模型
11.1全垫升气垫船概述
11.2全垫升气垫船运动学数学模型
11.3全垫升气垫船动力数学模型
11.4全垫升气垫船力学数学模型
11.5操纵性分析
参考文献