面向船舶智能航行测试的变稳船控制系统设计北大核心CSCD

[目的]智能航行控制系统作为智能船舶的大脑和中枢,其控制性能的好坏直接决定船舶航行的安全性和经济性,因此需要对船舶智能航行控制系统进行验证。面向智能船舶智能航行控制系统的验证问题,提出一种通用型验证平台——变稳船。[方法]首先,基于模型跟随原理提出一种变稳船系统架构,分析智能船舶三自由度上的运动特性,然后根据三自由度变稳目标定义位置变稳误差,采用滑模控制技术设计变稳控制器,最后,在Matlab软件中进行仿真验证。[结果]结果显示,提出的变稳控制方法能够有效跟踪模拟待模拟船,实现变稳性能。[结论]所做研究可为智能航行控制系统的验证提供新的思路。     

吊舱式推进系统在实船上的集成应用和接口分析

对吊舱式推进系统在智能型无人系统母船上的集成应用和接口进行分析,对智能航行与远程控制系统的集成和智能航行与吊舱式推进系统的接口进行分析。阐述智能型无人系统母船的人工驾驶、智能航行和远程控制等操作模式及其控制逻辑,为类似智能船舶的设计与建造提供借鉴与参考。     

自主航行船舶控制系统架构与关键技术

随着大数据、物联网和人工智能技术的发展,近几年自主航行船舶(无人船)研究成为行业研究的热点.MUNIN项目是最早研究无人商船的项目[1-3],该项目研究并验证了自主航行商船的概念和可行性.MUNIN项目引起了多方对自主航行船舶的广泛关注.挪威建立了世界上第一个自主航行船舶测试区,成立了自主航行船舶论坛NFAS[4].Rolls-Royce公司公布了由其引领的"高级无人驾驶船舶应用开发计划"(AAWA)项目[5-6]研究无人船舶,主要研究感知系统(Intelligence System),近期在挪威开展了自主航行船舶的测试[7].Kongsberg公司已经完成了自主航行船舶的水池测试,并且与氮肥料厂商合作开发一条自主航行船Yara Birkeland[8],并与挪威航运巨头威尔森集团成立了自主航行船公司Massterly[9].     

基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法

[目的]为实现沿海无人驾驶船舶自主航行,充分考虑无人驾驶船舶智能避碰决策的合理性和实时性后,提出并建立一种基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法.[方法]首先,以本体论为基础,设计无人驾驶船舶航行态势本体概念模型,并结合《国际海上避碰规则》及良好的船艺将船舶航行态势量化划分为12种会遇场景;然后,从驾驶实践的角度改进影响...     

水面无人艇艇群技术发展概述

本文分析水面无人艇艇群军事行动需求、国外军事应用的技术现状、与其他无人系统集群技术异同点,重点提出了水面无人艇艇群控制系统总体架构、水面无人艇艇群队形自协同控制技术、基于认知智能的水面无人艇艇群智能决策体系、高度人机协同作业等方面水面无人艇艇群关键技术,对水面无人艇艇群技术研究和发展具有一定借鉴意义。     

上海市海洋无人系统智能装备关键技术创新平台体系构建研究

采用专家问卷调研,基于上海市海洋无人系统智能装备产业发展现状分析及需求分析,开展上海市海洋无人系统智能装备关键技术创新平台体系建设研究.通过研究得出,上海市海洋无人系统智能装备关键技术创新平台体系的建设应充分整合相关行业的领先技术、专家资源,聚焦智能船舶、无人水面艇和无人潜航器等自主船舶/自主航行装备重大关键技术突破,探索新机制,致力于构建创新链、产业链、人才链和政策链等相互融合的开放式创新生态系统.     

基于边缘计算的船舶大型主动隔振系统分布式控制架构

[目的]旨在解决现有主动隔振系统集中式控制架构可靠性低、抗风险能力弱、实时性低的问题,结合隔振系统与边缘计算研究现状,设计一种基于边缘计算的船舶大型主动隔振系统分布式控制架构。[方法]首先,分析集中式与分布式控制方法的特点;然后,对控制系统整体架构进行研究,设计系统的层次结构与整体架构,将其划分为云、边和端3个层次,并详述各层的架构设计与联系;最后,设计实验平台,通过实验测试系统的可靠性和实时性。[结果]结果表明,所设计的系统架构在突发状况下依然正常运行、稳定可靠,可将时钟同步偏差缩小到1μs,提高了系统实时性。[结论]该系统架构设计合理、高效,可有效提升隔振系统的可靠性、抗风险能力和实时性。     

船舶智能航行的物理测试平台设计及应用

受测试成本、安全性、可靠性等因素的制约,需要依托以模型船为载体的物理实验平台实现从虚拟仿真测试到全尺寸实船测试之间的过渡。本文基于“航行脑”系统体系架构设计思想,采用船-岸-云分布式监控与数据采集架构,研发由能源管理、感知、决策、执行、通信等模块组成的船舶智能航行功能物理试验平台,打造“求新”系列缩尺比自航船模。开展回转试验、Z形试验、单船自主循迹、船舶编队等测试,验证了系统的有效性,并提出未来改进方向。     

基于智能预测控制的鱼雷状小型无人艇轨迹跟踪研究

[目的]针对无人艇（USV）在狭窄湖泊、涵洞作业时存在精度保持难和航迹控制难的问题,以自主研制的一款鱼雷状小型USV为对象,提出一种轨迹跟踪智能预测控制方法。[方法]首先,构建自主研制的欠驱动USV非线性状态空间模型;然后,设计智能预测控制器,该控制器基于模型预测控制的设计思想并结合改进的粒子群算法,在线决策、优化每一时刻的性能指标并纠正预测状态;最后,开展仿真和湖试试验测试系统对参考轨迹的跟踪性能,并与线性模型预测控制器的跟踪性能进行比较。[结果]结果表明,所设计的智能预测控制器超调小、抗干扰性好。[结论]所提方法不仅能运用于鱼雷状小型USV跟踪系统,也能对其他USV跟踪系统起到很好的借鉴作用。     

未知环境中无人驾驶船舶智能避碰决策方法

[目的]为了实现无人驾驶船舶在未知环境下的智能避障功能,[方法]首先,建立一种基于深度强化学习(DRL)技术的无人驾驶船舶智能避碰决策模型,分析无人驾驶船舶智能避碰决策面临的问题,提出智能避碰决策的设计准则。然后,在此基础上,建立基于Markov决策方法(MDP)的智能避碰决策模型,通过值函数求解决策模型中的最优策略,使无人驾驶船舶状态对行为映射中的回报最大,并专门设计由接近目标、偏离航线和安全性组成的激励函数。最后,分别在静态、动态障碍环境下进行仿真实验。[结果]结果表明,该智能决策方法可以有效避让障碍物,保障无人驾驶船舶在未知水域中的航行安全,[结论]所提方法可为无人驾驶船舶的自主航行提供理论参考。     

基于Arduino开发环境的无人艇控制系统设计

针对无人艇实体硬件开发较少、设计开发周期长且控制系统造价昂贵这一现状,设计一种无人艇控制系统。系统以Arduino为集成开发环境,整体涵盖电机驱动系统、环境感知系统、运动状态监测系统和通信系统。系统以At Mega 2560单片机为主控单元,集成电机驱动模块、超声波传感器模块、GPS模块、惯性导航模块以及GPRS模块,并完成集成电路设计与集成开发板的制作。通过对主控单元进行编程,结合自动路径规划算法和自动避障算法,无人艇可以完成自主运动控制和对周围环境的智能感知,且无人艇船载设备端与网络控制端之间可以进行实时交互,具有无线网络通信功能。最终实现一种低成本、高效率的无人艇控制系统设计方案,具有实际工程应用价值。     

中小型船舶自动舵远程智能电控系统

目前多数中小型自动舵船舶采用的控制系统,多为以本地船舶数据为基础的本地实时控制系统。此种系统虽然能够一定程度上减轻船舶驾驶强度,但是存在安全数据无法实时自动远程反馈,不支持远程应急处置操作的问题。因此提出中小型船舶自动舵远程智能电控系统设计。基于智能化技术,通过采用PCL远程控制架构,对中小型船舶电控系统的硬件结构、算法策略进行重新设计,增加网络数据交互功能硬件与算法,实现电控系统具备远程智能控制的功能。测试证明,设计系统兼容性好、功能稳定、易用性强,能够很好地满足中小型船舶的日常应用。     

船舶智能制造标准体系构建

从体系的视角对船舶智能制造标准进行分析,推进船舶智能制造标准的制定。从船舶智能制造和标准体系内涵分析入手,借鉴国内外标准,研究构建我国船舶智能制造标准体系的原则和范围,并运用智能功能、系统层级、生命周期等3个维度的分析,以及对船舶智能制造重点内容和流程分析,提出标准需求,提出船舶智能制造标准体系结构及其范围和建议制定的标准,明确建立船舶智能制造标准体系的指导思想、基本范围与架构以及急需制定的标准项目,为开展船舶智能制造关键技术标准的研究与验证、制定相关标准提供基础。     

结合控制器局域网技术的船舶智能监控系统研究

本文首先阐述结合控制器局域网的船舶智能监控系统所具有的功能,在此基础上设计系统的总体架构,然后通过船舶柴油机的故障诊断来说明架构中的智能监控,采用粒子群优化算法的模糊神经网络故障诊断模型,最后通过实验来说明本文算法的有效性。     

全驱动型AUV三维路径跟踪控制系统设计及分析

[目的]为满足全驱动型自主式水下机器人(AUV)水下搜救、回收及海底地貌成像等实际任务需求,研究全驱动型AUV三维路径跟踪控制应用的方法。[方法]阐述自主研发的"探海I型"全驱动型AUV系统组成,研究并建立该AUV推进器、水平面和垂直面控制的数学模型,设计一种新颖的智能积分S面三维路径跟踪控制器,分析设计的控制系统的稳定性,并通过仿真及湖上试验进行验证。[结果]结果表明所开发的AUV运行可靠,设计的控制器能较好地完成三维路径跟踪任务,可满足水下实际任务的需求,[结论]其三维路径跟踪控制器对全驱动型AUV及其他领域的路径跟踪控制应用具有借鉴意义。     

船舶在波浪上纵向运动与控制研究综述

[目的]随着全球经济和科技的发展,智能化是船舶发展的必然趋势。将自动控制用于船舶航态控制系统以达到改善其水动力性能的目的是当前的研究热点。[方法]首先综述国内外关于船舶运动算法的研究,然后介绍附体减摇系统控制信号的研究,在此基础上进一步总结基于运动计算结果的附体控制方法的发展,最后介绍关于纵向减摇模型试验的发展现状。[结果]分析表明:引入主动控制程序后减摇附体可以减少纵向运动响应多达60%,比被动控制下的减摇效果提升20%以上;理论上采用基于鲁棒控制和预测控制的主动控制系统的减摇效果要好于传统PID控制系统,但是由于PID系统具有简单直接的优点,模型试验研究还是基于PID控制为主。[结论]因此,在实际应用中将鲁棒控制或预测控制引入附体控制系统是智能船舶研究的重要发展方向之一。     

无人运输船舶及其智能控制综述

讨论无人运输船舶的国内外研究现状、特征和发展的必要性。阐述无人运输船舶的几项关键技术,如智能控制、通信系统架构和岸基支持系统。对无人运输船舶的未来发展进行展望。     

智能船舶主要技术分析与小型无人船研发

中国船舶航运事业正面临时代更迭以及新技术快速发展的严峻挑战。该文在智能船舶与智能机舱的涵义界定进行比较研究的基础上,分析了大数据挖掘处理技术、船机信息感知技术、无人船技术、智能机舱技术等主要智能船舶机电应用技术的特点和应用情况。小型无人船"芙蓉号"的试验研发,进行了方案设计、功能与硬件设计、算法优化和实船试验等方面的工作,对无人船技术研发有创新引领和经验积累作用。     

基于数字孪生的舰船动力系统智能运维技术北大核心CSCD

[目的]为提高舰船动力设备的可靠性并降低维护成本,研究基于数字孪生的舰船动力系统智能运维技术及实现方法。[方法]首先,根据模块功能及结构体系需求,建立数字孪生特征的动力系统智能运维架构;然后,通过工况标杆库建立、控制参数智能寻优以及运行自优化,实现基于综合平稳度的智能控制技术;最后,根据基于知识、基于模型及基于大数据驱动的故障诊断方法,实现复杂系统综合故障诊断技术,形成以数字孪生为技术特征的动力系统智能运维体系。[结果]动力系统智能运维平台的应用案例验证了实现智能控制、故障诊断功能的可行性。[结论]研究成果可为舰船智能机舱的研究和设计提供参考。     

三体无人救助艇设计与研发

针对高海况下无人救援设备发展的需求,设计研发三体无人救助艇平台。根据水动力仿真结果和水池拖曳试验结果分析论证所设计三体船的耐波性和阻力性能并给出三体船的总布置图;设计无人驾驶巡航系统和救助系统;研制一艘基于"航行脑"的三体无人救助艇。设计研发成果表明:该三体无人救助艇具有优良水动力性能的船舶型线,其"航行脑"系统可实现智能控制平台、智能通信网关、智能自主航行系统和遇险人员救助装置的控制,利用冷热红外光电跟踪系统,能够实现对遇险人员的监测和救助。