基于反步滑模控制的欠驱动AUV定深运动研究

欠驱动自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)深度控制是完成水下作业任务的重要基础,为了在复杂海况中抑制外界产生的干扰,更稳定地实现欠驱动AUV垂直面上的定深运动控制,设计基于虚拟控制律和反步法结合的滑模控制器(sliding mode controller,SMC)。首先,引入固定坐标系和运动坐标系之间的坐标转换,建立垂直面运动误差模型,将深度误差的镇定转换为纵倾角和纵倾角速度误差的镇定;然后利用李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性理论证明控制器的稳定性。最后,仿真结果和海试表明,本文设计的控制器能够有效完成给定深度的运动控制,且对外界干扰有一定的鲁棒性。     

UUV航迹跟踪的双闭环Terminal滑模控制

针对模型参数不确定及存在外界海流扰动情况下全驱型无人水下航行器(UUV)的航迹跟踪问题,提出了一种双闭环Terminal滑模控制方法。首先,为了防止UUV位置和姿态跟踪控制出现超调量过大的问题,在外环中引入位置和姿态负反馈,设计了UUV的参考速度作为镇定UUV位置和姿态跟踪误差的虚拟控制律。然后,在内环中将虚拟控制律作为跟踪目标。考虑到传统滑模控制会出现"抖振"现象,采用Terminal滑模控制方法,在消除"抖振"的同时,使滑模面上的速度跟踪误差在有限时间内收敛到稳态。最后,运用Lyapunov稳定性理论证明了该双闭环Terminal滑模控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制方法能够实现UUV对空间航迹的精确跟踪。     

带扰动观测器的欠驱动水面无人船轨迹跟踪控制

为实现三自由度欠驱动水面无人船在未知外界扰动下的轨迹跟踪,本文设计一种带扰动观测器的反步法轨迹跟踪控制器。首先,构造扰动观测器估计未知扰动,对纵荡以及首摇2个自由度方向上的控制量进行前馈补偿。然后,为增强系统抗扰动能力并加快误差收敛速度,将水面无人船位置误差的积分项引入控制系统,分别在运动学和动力学回路中构造虚拟控制律镇定跟踪误差,过程中结合神经动态模型技术,解决了传统反步法的微分爆炸问题,同时有效避免了控制过程中的控制不连续问题。最后,仿真实验验证了所设计控制器的有效性。     

基于自适应反步法的欠驱动UUV空间路径点跟踪控制

解决了一类欠驱动UUV系统在空间6自由度运动中的路径点跟踪控制问题。首先采用拉格朗日方程的形式,建立UUV的6自由度运动学模型和动力学模型,并基于Line-of-sight法建立欠驱动UUV的路径点跟踪误差模型;然后提出了基于反步法设计满足动力学限制的综合控制器,设计自适应律以抵消海流的干扰,并基于Lyapunov理论证明了所设计控制器的稳定性;最后仿真结果验证了该控制器的有效性,实现了欠驱动UUV三维空间的路径点跟踪控制。     

基于改进反步滑模控制算法的拖轮自主靠泊控制

[目的]针对拖轮的自主靠泊控制问题,研究基于虚拟船领导的目标跟踪控制策略在拖轮自主靠泊中的应用。[方法]首先,将拖轮的自主靠泊过程转变为虚拟拖轮和实际拖轮的目标跟踪控制过程;然后,设计靠泊系统的运动学模型,考虑靠泊场景中的特殊环境干扰,使用反步法和滑模控制法（SMC）设计全回转尾推进拖轮的自主靠泊控制器,提供了3种不同的滑模面设计并使用李雅普诺夫函数进行稳定性验证;最后,采用仿真实验的方式,通过靠泊轨迹、速度误差和距离误差来对控制的效果进行验证。[结果]仿真实验结果表明,设计的拖轮自主靠泊控制策略以及控制器在拖轮自主靠泊场景中具有较好的效果,面对系统的不确定干扰有较好的表现。[结论]该控制策略以及靠泊控制器的适用性以及鲁棒性较好,以全新的角度实现了拖轮自主靠泊控制,为后续拖轮的靠泊控制研究提供了新的方向。     

基于DSC的欠驱动船舶路径跟踪神经滑模控制

为进一步提高船舶路径跟踪的准确性和稳定性,针对欠驱动船舶易受外界环境的干扰和模型不确定等问题,提出一种基于动态面技术的神经网络滑模控制策略。在虚拟船逻辑制导算法的基础上,结合反步法对虚拟控制律进行设计,引入动态面技术对虚拟控制律的导数进行估计,避免因直接求导而增加计算负担。在动力学回路设计中,将径向基神经网络与滑模控制相结合,设计神经网络权重的自适应律,实现对系统非线性项的在线估计和对实际控制律的设计。采用Lyapunov直接法证明闭环系统的稳定性,并对一艘长为32m的单体船进行仿真试验。结果表明,该控制策略可行,能实现对欠驱动船舶路径的有效跟踪。     

欠驱动船舶路径跟踪的神经滑模控制

为实现欠驱动船舶在存在风浪流外界干扰和参数摄动条件下的路径跟踪控制,提出一种基于可视距离的神经滑模路径跟踪鲁棒控制器。利用可视距离思想,根据期望路径与当前位置信息,分别设计船舶纵向速度和艏摇角的参考值,并视为镇定位置误差的虚拟控制律,将路径跟踪问题转化为纵向速度和艏摇角的镇定问题;结合神经网络和滑模方法,设计一种新的神经滑模鲁棒控制器,实现了对虚拟控制律的跟踪控制,无需确定参数摄动和外界干扰的上界,避免了控制器容易出现的饱和问题和抖振现象。仿真试验表明,设计的控制器对欠驱动船舶的模型摄动和外界干扰变化不敏感,可以实现路径的理想跟踪。     

基于海浪干扰滤波器的UUV近水面深度控制

针对UUV在近水面航行过程中海浪波动对深度计测量造成较大干扰进而影响深度控制效果的问题,设计一种带有海浪干扰滤波器的UUV深度控制方法。分析UUV海试中深度控制性能,选取合适的参数设计海浪干扰滤波器并验证了其滤波效果。考虑到PID控制器参数选择难的问题,采用遗传算法对其控制参数实现在线自整定。最后将实时海浪加入到UUV深度控制系统进行仿真实验,并将仿真结果与海试数据对比,结果表明本文提出的方法可有效的抑制海浪干扰,改善UUV近水面深度控制效果,具有一定的工程实际意义。     

基于时标分离的喷水推进船舶航向/航速控制

针对喷水推进船舶机动过程中的航向控制和航速损失的问题,提出一种基于时标分离的航向航速控制系统结构,将航向和航速之间的耦合归结为系统之间的干扰,利用反步法在不匹配不确定系统设计中的优点,以及滑模控制对系统干扰的抑制能力和动态逆对反步设计中逆求解精确性的提高能力,分别设计航向反步滑模控制器和航速反步动态逆控制器,解决船舶机动过程中航向和航速的稳定控制问题.     

存在饱和输入的欠驱动船舶航迹跟踪控制

针对控制输入存在饱和限制的欠驱动船舶的航迹跟踪问题,提出鲁棒饱和控制方法。以船舶纵向速度和艏向角速度为虚拟输入,设计饱和运动学控制器,并引入二阶滤波器形式对控制器进行简化;利用反步法并引入Nussbaum型函数,设计饱和动力学控制器,以实现对任意光滑航迹的跟踪控制,并保证跟踪误差收敛至零点附近的一个有界区域内。仿真算例验证了设计方法的有效性和鲁棒性。     

“长青”号FPSO船控台系统并入中控系统研究

在"长青"号FPSO系统改造中,首次将船控台系统并入中控系统。根据船控台系统特点,将过程控制系统、紧急关断系统和火气系统分别并入中控系统中,最终可通过中控系统统一动态显示生产流程、主要工艺参数及主要设备运行状态,以声光报警形式显示FPSO生产和安全的异常状态,并定期打印生产报表。在发生事故的情况下能确保FPSO人员和生产设施的安全,防止环境污染,将事故造成的影响限制到最小,并能及时准确地探测到可能发生或已经发生的火情或可燃气体泄漏,采取相应的安全措施(如报警、关断、消防等),以保护FPSO人员和设备的安全。     

基于广义预测控制的船舶动力定位约束控制

鉴于广义预测控制(GPC)方法能用同一方式处理设备和安全约束,且具有较强的抗扰动能力,提出了一种基于GPC的船舶动力定位约束控制器设计方法。运用前馈控制器克服风力扰动的影响,且所产生的前馈量被用来实时修正推力约束,在修正后的推力约束下滚动优化GPC。对承受风、浪、流扰动的某供应船,采用提出的方法设计控制器,并进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的控制器抗扰动能力较强,能完成对船舶的动力定位约束控制。     

模糊控制在调距桨负荷控制中的应用

负荷控制就是把调距桨作为主机负荷的调节器。在主机转向和转速一定的情况下,通过改变调距桨桨叶角度实现主机负荷的增大和减小,保持主机的负荷与转速关系沿设定的负荷曲线变化,以改善舰船在不同航行工况下的主机推进效率和舰船操纵性能.文中在介绍负荷控制原理的基础上,将模糊控制方法应用到负荷控制中,并进行仿真验证了模糊控制负荷控制器的有效性.     

基于动态面控制方法的船舶动力定位控制

随着经济全球化的发展,人们对海洋资源的开采和利用逐年加深,在开采过程中需要在船舶上进行数据采集,保证船舶的稳定性对研究海洋资源具有深远的意义。本文通过引入动态面控制算法,利用动态面控制技术为动力定位船舶设计控制系统,每一步使用一阶积分滤波器来评估虚拟控制输入的导数,仿真结果显示与传统的backstepping方法相比减低了计算的复杂度,增强了鲁棒性。     

Application of adaptive fuzzy control technology to pressure control of a pressurizer

A pressurizer is one of important equipment in a pressurized water reactor plant. It is used to maintain the pressure of primary eoolant within allowed range because the sharp change of eoolant pressure affeets the security of reaetor,therefor, the study of pressurizer‘s pressure eontrol methods is very important. In this paper, an adaptive fuzzy eontroller is presented for pressure control of a pressurizer in a nuclear power plant. The controller can on-line tune fuzzy eontrol rules and parameters by self-learning in the actual control proeess, whieh possesses the way of thinking like human to make a deeision. The simulation results for a pressurized water reactor plant show that the adaptive fuzzy eontroller has optimum and intelligent eharacteristies, whieh prove the eontroller is effective.     

模糊控制技术在换热器控制系统中的应用

文章分析了换热器的控制形式,并将模糊控制技术引入到换热器进出口水温的控制。根据基本模糊控制器的结构、原理,设计了模糊控制器的主要环节,基于MATLAB下对模糊控制和PID控制进行了模拟对比,结果表明,模糊控制动、静态性能,控制规则简便,适应性强,能更有效快捷的控制换热器进出口水温。     

多约束模型预测控制在AUV深度控制中的应用

针对AUV深度控制,提出深度偏差转换为指令纵倾的算法,基于拉盖尔网络逼近的模型预测控制理论,设计了舵角舵速硬约束和纵倾软约束条件下的纵倾运动模型预测控制器。仿真结果表明,该控制方法具有良好的动态控制性能,并可快速处理多种约束条件的二次规划问题。     

舰船控制系统中复合误差控制算法

针对舰船中多因素交互的电力推进控制系统误差特性,选取电机系统为研究对象,通过对误差控制算法和控制模型的研究,设计一种基于滑模控制和模糊神经网络控制相结合的电机转速误差复合控制系统,克服了电机单一控制的不利,消除了系统中电流输出的抖动现象,保证了控制系统输出的稳定性和平稳性。     

网络控制系统的输出反馈保性能控制

研究了一类具有不确定时延的网络控制系统输出反馈保性能控制问题.将时延的不确定性建模为系统状态方程系数矩阵的不确定性,在输出反馈条件下,用状态观测器重构系统状态,将保性能控制问题转化为不确定离散系统的输出反馈鲁棒保性能控制问题.利用Lyapunov理论和矩阵不等式方法,得出了输出反馈保性能控制律的设计方法.仿真算例说明了设计方法的有效性.     

Turbine speed control system based on a fuzzy-PID

The flexibility demand of marine nuclear power plant is very high, the multiple parameters of the marine nuclear power plant with the once-through steam generator are strongly coupled, and the normal PID control of the turbine speed can＇t meet the control demand. This paper introduces a turbine speed Fuzzy-PID controller to coordinately control the steam pressure and thus realize the demand for quick tracking and steady state control over the turbine speed by using the Fuzzy control＇s quick dynamic response and PID control＇s steady state performance. The simulation shows the improvement of the response time and steady state performance of the control system.