基于Backstepping的船舶减摇鳍控制

选用研究对象为船舶减摇鳍系统的非线性数学模型，对该系统考虑执行机构的影响，运用Backstepping方法设计一种非线性控制器，同时利用Matlab中的Simulink工具箱对相同海况下未进行减摇控制，和在设定航速下采用减摇鳍控制的非线性数学模型进行仿真。仿真结果表明：该控制策略对于考虑执行机构的减摇鳍非线性控制系统十分有效，鲁棒性较强，且设计过程简单。     

船舶执行机构的运动控制技术研究

船舶运动的执行机构包括螺旋桨、自动舵等,执行机构是一个典型的非线性控制系统。随着现代船舶向着高速化、集成化方向发展,提高船舶执行机构的运动控制灵活性、准确性,采用新型的控制理论、控制方法势在必行。传统的船舶执行机构运动控制采用机械式或者PID控制,该控制方法具有结构简单、成本低等优点,但同时存在控制精度差、时效性差、可靠性低等不足。本研究针对船舶执行机构的运动控制技术,在传统运动控制器的基础上,充分结合神经网络算法和非线性鲁棒控制技术,设计一种新型的船舶执行机构运动控制系统,显著提高船舶执行机构运动控制的精度和效率。     

船用直驱式容积控制正车执行机构的设计方法

[目的]为优化船用正车执行机构的尺寸、重量及辅助系统配置,设计一种直驱式容积控制电液伺服正车执行机构。[方法]通过双向工作齿轮泵的正转和反转实现伺服油缸的伸出和缩进控制,并通过流量配对阀实现正车执行机构在目标位置的自锁。建立正车执行机构的数学模型,并设计一种积分分离的模糊PID控制器。在此基础上,开展AMESim仿真及实验验证,研究该正车执行机构的控制策略及动静态特性。[结果]实验结果与仿真计算结果吻合较好,验证了正车执行机构设计的可行性。[结论]研究成果可为船用正车执行机构的集成化和小型化设计提供参考。     

反舰导弹的超前动态抗饱和控制器设计与仿真

针对反舰导弹过载控制系统中执行机构饱和约束问题,提出了一种超前动态抗饱和控制器设计方案。控制器设计采用二步法,首先不考虑执行机构饱和限制,采用滑模控制方法设计了标准控制器;然后,在标准控制器中加入超前动态抗饱和补偿器,克服饱和因素引起的不良影响。为了对导弹建模中的汇总不确定项进行估计,设计了扩张状态观测器作为估计器。仿真分析表明,当不加入抗饱和补偿器时执行机构存在饱和工作状态;而加入超前动态抗饱和补偿器时执行机构完全脱离了饱和工作状态,提高了反舰导弹过载控制系统的控制性能。     

携行外骨骼自适应虚拟力矩控制研究

在深入分析人的行为特征以及携行系统虚拟力矩控制机理的基础上,设计了非线性自适应控制器来克服摩擦及系统不确定性等非线性因素的影响。基于李亚普诺夫稳定性原理设计了自适应虚拟力矩控制器,并将其应用于下肢外骨骼的运动控制,理论分析及仿真结果证明了此控制方案的可行性及有效性。     

用带优化的非线性PID控制方法设计鱼雷控制器

提出了一种带优化修正函数的非线性PID控制器设计方法，通过对控制器参数离线寻优，并对修正函数在线优化调整，可用它设计出性能优良且易于工程实现的控制器。然后用该法为某型鱼雷非线性系统设计了弹道深度控制器并在各种入水条件下进行了仿真研究。仿真结果表明，所设计的鱼雷非线性弹道深度控制系统具有良好的动、静态特性，且对鱼雷入水条件的变化具有较强的适应性。     

基于指数函数非线性反馈的船舶航向保持控制

为研究船舶航向保持控制问题,本文以“育鹏”轮为研究对象,建立了其非线性Nomoto船舶模型,设计了基于闭环增益成形算法的指数函数非线性反馈控制器,并以“育鹏”轮的非线性模型为被控制对象,用Matlab的Simulink工具箱进行系统仿真研究。系统仿真结果表明,建立的非线性Nomoto数学模型精度良好,设计的控制器进行船舶航向保持控制时效果优异,并且更节能。使用这种方法设计的控制器,可以很好地进行船舶航向保持控制,对今后的船舶运动仿真和控制器的设计具有重要意义。     

通用模糊控制器的研究与设计

对通用模糊控制器进行了研究与设计,其模糊控制用推理法实现,并且将PI控制结合进去以改善控制器的静态特性。文中着重讨论了模糊控制的软件实现方法,给出了通用模糊控制器的控制方案、硬件组成及主要的程序流程图。     

机动平台上的铰接式结构控制

本文叙述一种机载自动炮塔系统的模型试验，系统鉴别，控制设计和测试的方法。还讨论了根据物理数据进行的非线性动态模拟，线性和非线性系统鉴别，模型有效性，控制设计，仿真，执行和试验情况。抑制射击瞬间炮管前端运动的后坐影响，可以降低射击散布。把频率相关加权值分配给输出，就可在控制器设计中利用后坐扰动的准周期特性。标准控制器能降低炮管前端的后坐响应，同时又可保证炮塔／拨叉系统的运动。动态特性的非线性部分（即空回和库伦摩擦）会大大降低线性控制器性能。本文采用以下方法对标准线性控制器进行改进：用估算器追踪炮管前端的位置，查明发射瞬间炮管前端的实际偏差，并利用已查明的值校正下一次连发炸点。在各种模型参数变化条件下，本方案非常适于非线性模拟模型。     

基于变结构控制的风力发电变浆距系统

为风力发电变浆距系统设计了滑模变结构控制器。针对风力机变浆距系统的非线性、参数变化等特性,充分利用变结构控制对被控对象的模型误差、对象参数的变化以及外部干扰有较良好的不敏感性的优点,在充分考虑风力机变浆距系统的阻尼系数后,设计了滑模变结构控制器,最后通过系统仿真,表明了所提出控制方案的有效性。     

通用模糊控制器的研究与设计

对通用模糊控制器进行了研究与设计,其模糊控制用推理法实现,并且将ＰＩ控制结合进去以改善控制器的静态特性,中着重讨论了模糊的软件实现方法,给出了通用模糊控制器的控制方案,硬件组成及主要的程序流程图。     

Backstepping在船舶航向自适应鲁棒非线性控制器设计中的应用

船舶航向控制器在船舶整体控制系统中发挥着重要作用,是船舶安全稳定航行的关键。考虑到航行过程中外界干扰具有诸多不确定性,以及船舶控制存在非线性,本文利用Backstepping的设计方法,结合自适应鲁棒控制,提出带有积分器的航向控制器控制方案,并应用到船舶航向控制器的设计中,仿真结果证明该方案下的控制器有效性良好。     

鱼雷非线性H∞控制研究

本文利用非线性H∞控制理论,提出了鱼雷运动非线性H∞控制规律,并结合鱼雷实际入水运动特性进行了仿真,结果表明:设计的H∞控制器有效提高了控制系统性能和抑制干扰的能力.     

基于ADRC的船舶主机控制器设计与仿真研究

船舶主机速度控制系统由于具有典型的非线性和不确定性特性,并受到调速器执行能力的约束以及风、浪、流等的干扰,使得主机速度控制器的设计非常困难。该文给出了带有船舶主机速度控制非线性数学模型以及海浪扰动数学模型,对自抗扰控制(ADRC)原理进行了简要介绍;设计了船舶主机ADRC控制器。仿真结果表明:该控制器对于船舶主机的非线性、参数不确定性、环境不确定性以及控制对象的模型变化均有较强的鲁棒性;速度切换控制过程快速、平滑,油门调整小,可以实现高精度的速度控制。     

船舶电力系统带电压反馈的超导磁储能装置的H_∞鲁棒非线性励磁控制

电力系统的暂态稳定在控制方面是典型的非线性问题。针对非线性特性,提出直接反馈线性化和非线性鲁棒H∞控制理论加超导磁储能系统(SMES)相结合的励磁控制器设计方法,在励磁控制规律中引入机端电压偏差的比例积分控制,使设计的控制器不仅提高了电力系统的暂态稳定,而且当机械功率由于负荷变化机端电压仍能回到给定点运行。使用MATLAB/SIMULINK仿真结果表明提出的带电压反馈的控制器在增强电力系统的稳定性及改善机端电压精度有很好的控制效果。     

基于区间约束GPC的船舶SCR脱硝系统多工况控制

不同工况下的船舶柴油机脱硝系统具有很强的非线性和时变性，常用的单一控制器难以准确控制，因此对船舶选择性催化还原（SCR）脱硝系统进行自适应控制研究尤为重要。从SCR的反应微分方程入手，建立船舶柴油机SCR脱硝系统的机理模型，并通过模型仿真的离线数据辨识建立不同工况下该系统的ARMAX模型；设计基于该模型的广义预测控制器以实现多工况的自适应控制。考虑到执行机构的使用寿命，加入区间约束算法，提出并设计带区间约束算法的广义预测控制（GPC）控制器。研究结果表明：与传统的GPC和模型预测控制（MPC）控制器相比，带区间约束的GPC控制器不仅能在变工况时保持较高的脱硝率，而且能显著减少执行器的动作次数，从而提高船舶柴油机SCR脱硝系统的使用寿命。     

滑模控制在水下航行器横滚姿态控制中的应用研究

水下航行器的横滚会使其纵向运动与侧向运动发生交连耦合,给其运动带来一系列不良后果.针对水下航行器航行环境复杂、模型参数摄动大、执行机构的饱和非线性等特点,采用滑模控制设计水下航行体横滚姿态控制器,以达到抑制和消除横滚的目的.仿真结果表明,滑模控制器操舵平滑,控制速度快,鲁棒性和环境适应能力更好.完全能胜任水下航行器横滚姿态控制的要求.     

水下自主机器人航向控制算法应用研究

为了提高AUV航向控制系统的控制品质,研究基于模糊理论的参数自调整PID算法。该算法在AUV原控制器的基础上对控制器参数进行在线调整,使控制器具有了一定的自适应特性。分析模糊控制规则对控制效果的影响,提出一种基于非线性函数的尺度变换方法对模糊控制器输入数据进行处理,简化了模糊控制器输入数据的量化过程。通过湖上试验,验证了模糊PID控制算法的有效性。对比试验结果显示,改进后的算法在AUV航向控制中能够获得更好的控制效果。在大角度转向中,该控制算法的优越性明显,系统响应快,超调小,航向误差均方差小。     

基于反馈线性化的船舶自动舵动态滑模控制

针对船舶自动舵的航向控制问题,结合高阶滑模和动态滑模控制的设计思想设计了一种船舶自动舵动态滑模控制器.首先设计出包含舵机特性的船舶航向控制仿射非线性系统模型,其次通过状态反馈的方法将原模型变为等价的完全可控型线性化系统,然后设计出动态滑模控制器.仿真结果表明,所设计的动态滑模控制器不仅能很好的自动跟踪设定的航向,而且能有效的抑制系统的抖振现象,达到设计目的,为研究船舶自动舵控制提供一种参考.     

变摩擦负载下舰炮伺服系统自抗扰控制研究

非线性、时变摩擦力是影响舰炮伺服系统低速稳定性的主要因素,为了克服摩擦力矩的不良影响,弥补传统控制策略的不足,提高伺服系统的控制性能。首先建立某型舰炮伺服系统的数学模型,并在LuGre摩擦模型的基础上引入摩擦系数来表达摩擦力的变化趋势;然后根据系统特性设计一种基于前馈补偿和模型参考线性自抗扰技术的复合器控制器,最后通过仿真实验对比分析该复合控制器和传统前馈PID控制器的控制效果。仿真结果表明,该控制器在不同的摩擦负载下均能有效避免爬行现象,与前馈PID控制效果相比启动误差减小70%以上,有效提高了系统的低速稳定性和控制精度。