滑模变结构理论在船舶减摇鳍中的应用

以船舶减摇鳍控制系统为研究对象,将滑模变结构理论应用于船舶减摇鳍控制系统,提出一种减摇鳍滑模变结构控制器并完成该控制器的理论实现;基于船舶横摇运动的线性方程,对不同浪向下的船舶横摇运动进行系统仿真。结果表明:与常规PID控制相比,滑模变结构控制器具有更好的控制效果和更强的鲁棒性。     

柴油机调速系统自适应滑模控制算法的研究与仿真

建立2135型柴油机调速器的非线性模型,设计一种滑模控制器,以实现对单输入非线性柴油机调速系统的控制,并用MatLab/Simulink仿真,体现出滑模变结构控制对非线性系统进行控制的动态、静态品质优良,鲁棒性好的特点,解决传统PID控制超调量大、调节时间长的问题.针对滑模变结构控制器容易产生抖振的问题,设计了自适应离散滑模控制器,取得较好的仿真结果.     

船舶柴油机燃油温度滑模控制系统设计

运用滑模变结构控制理论,设计一种针对仿射非线性系统的滑模控制器,实现了双输入双输出非线性耦合温度系统的控制.通过在组态王(KINGVIEW)环境下编制控制软件,实现了对柴油机高、低温燃油的温度控制.实验结果显示滑模变结构控制算法对非线性系统的良好的控制效果,解决了传统PID控制超调量大、调节时间及上升时间长的问题.     

滑模虚拟传感器在动力定位容错控制中的应用

滑模虚拟传感器是指利用滑模变结构理论,对虚拟传感器的控制模块进行优化,使虚拟传感器能够根据当前的工况灵活调整。船舶动力定位系统的容错控制可以有效提高动力定位的精度,确保动力定位系统的控制器高效运行。本文利用滑模变结构虚拟传感器,设计了船舶动力系统的容错控制器,详细介绍了动力定位容错控制器的运行原理。     

船舶航向线性自抗扰积分滑模控制

针对能更加精确地描述船舶动态性能的Bech模型航向控制问题，构造三阶跟踪微分器，对期望航向及其微分进行精确提取，提出了一种基于线性自抗扰的积分滑模航向控制器。该控制器采用线性扩张观测器对实际航向与内外界总扰动进行在线估计与补偿；引入积分滑模面函数，设计非线性误差反馈控制律，加快系统的收敛速度。采用Hurwitz多项式，简化控制器，实现控制器参数化。由仿真结果得出，控制器能快速准确地跟踪到期望航向，对参数摄动与外界干扰具有较强的鲁棒性。该控制器设计结构简单，线性自抗扰与变结构积分滑模面相结合的控制器设计提升了控制品质。     

基于神经网络的鲁棒自适应舵减摇控制北大核心CSCD

[目的]针对存在系统未知非线性函数和外界随机扰动的欠驱动水面船舶舵减摇控制问题,提出一种基于多层循环神经网络的自适应非奇异快速终端滑模舵减摇控制器。[方法]首先,针对传统滑模控制中存在的奇异性和收敛性问题,引入非奇异快速终端滑模面,并在假设船舶模型已知的情况下设计滑模控制律;接着,对传统径向基神经网络进行改进,并利用改进后的神经网络去逼近系统未知非线性函数,以解决船舶航行时模型难以确立的问题,提高控制精度;然后,应用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性和有限时间收敛性,并推导出神经网络参数的自适应律;最后,对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析。[结果]结果显示,当船舶处于航向保持工况时,所提出的控制器减摇率为50.41%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了19.2%;当船舶处于变航向工况时,所提出的控制器减摇率为23.46%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了12.59%。[结论]该方法可以为欠驱动船舶舵减摇控制设计提供参考。     

潜艇浮筏隔振系统的半主动变结构控制

对带有电流变液智能阻尼器的双层浮筏隔振系统设计了一种半主动输出反馈变结构控制器。根据滑模运动方程稳定的 Hurwitz 判据选择滑模面矩阵。半主动控制条件限制电流变阻尼器可控阻尼力对隔振系统做负功,耗散振动能量。仿真分析了浮筏隔振系统在扫频激励信号下的力传递率及在双频激励信号下的输入力与输出力曲线。同时还仿真分析了双频激励信号作用下半主动静态输出反馈变结构控制下的双层浮筏隔振系统在系统参数出现摄动时的鲁棒性。仿真结果表明：半主动输出反馈变结构控制下的浮筏隔振系统的减振效果要远好于最优被动阻尼系统,对系统参数摄动也具有很强的鲁棒性。     

双容水箱液位控制系统的设计

船舶上用到的多输入/输出的液位控制系统是一个非线性系统,常存在容积延迟时间长、抗干扰能力差的现象。运用滑模控制算法,并用组态王（Kingview）编制了上位机控制界面和算法程序,组建接近于实际的控制系统。通过在线运行,获得滑模变结构控制自适应能力强,动态、静态品质优良,鲁棒性好等优点,有效地解决了类似系统难于控制的问题。     

Serret-Frenet框架下欠驱动船的输出反馈路径跟踪鲁棒控制

研究欠驱动船舶在规定速度条件下的路径跟踪控制问题,提出一种基于终端滑模与Backsteping方法相结合的复合输出反馈控制策略.该控制策略利用Backsteping能够获得控制算法显式解的优点,构造出控制器算法的结构形式,然后设计一个基于观测器设计的逆动态终端滑模面,使得系统的估计状态跟踪误差能够在有限时间到达滑模面上,最终达到系统可镇定.最后,通过Lyapunov稳定性理论证明该复合控制策略的稳定性.利用实船数据进行数字仿真,结果表明该控制策略具有良好的跟踪性能.     

滑模控制船舶动力定位控制系统研究

为了提高动力定位船舶或作业平台在复杂海况条件下的定位精度,对动力定位船舶的控制器进行设计研究,通过建立简化的船舶三自由度数学模型,采用滑模变结构控制方法进行控制器的设计,并基于李雅普诺夫函数进行稳定性分析,通过软件进行仿真验证,仿真结果表明,在存在外界环境干扰的条件下,所设计的滑模控制器能够较好的保持系统的稳定性和鲁棒性,控制性能良好,对进一步研究动力定位船舶的控制系统有一定的参考意义。     

船舶柴油机转速的线性自抗扰控制

船舶柴油机推进系统包含非线性、时变参数以及柴油机-推进轴系-螺旋桨之间的强耦合作用,难以建立精确的数学模型,且易受到螺旋桨负载扰动的影响,不利于船舶柴油机转速的实时准确控制。针对此问题,将线性自抗扰控制（Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC）技术应用于船舶柴油机的转速控制系统。首先,基于平均值建模方法建立了某大型低速二冲程船舶柴油机的模型,并分析了转速控制中的不确定因素;然后,针对柴油机的转速控制问题设计了二阶LADRC控制器;最后,以船舶柴油机平均值模型为载体对LADRC的控制性能进行仿真测试,并与经过遗传算法优化的PI控制器进行对比。仿真结果表明,在负载扰动及模型参数改变的情况下LADRC表现出良好的控制性能,并且比PI控制具有更优的扰动抑制能力和鲁棒性。     

基于自适应算法的柴油机调速系统研制

摘要：在柴油机调速过程中,针对柴油机PID控制器参数一经确定不能在线调整的问题,以6135型柴油机为控制对象,以MATLAB／Simulink作为软件平台,深入研究了自适应控制的基础理论,设计了一种模型参考自适应控制器,建立了柴油机电子调速系统仿真模型,进行了控制系统仿真研究。结果表明,新设计的智能型自适应控制器能在线自动整定最佳控制参数,优于传统的PID控制,具有良好的自适应性和智能性。     

Research on H2 speed governor for diesel engine of marine power station

The frequency stability of a marine power system is determined by the dynamic characteristic of the diesel engine speed regulation system in a marine power station. In order to reduce the effect of load disturbances and improve the dynamic precision of a diesel engine speed governor, a controller was designed for a diesel engine speed regulation system using H2 control theory. This transforms the specifications of the system into a standard H2 control problem. Firstly, the mathematical model of a diesel engine speed regulation system using an H2 speed governor is presented. To counter external disturbances and model uncertainty, the design of an H2 speed governor rests on the problem of mixed sensitivity. Computer simulation verified that the H2 speed governor improves the dynamic precision of a system and the ability to adapt to load disturbances, thus enhancing the frequency stability of marine power systems.     

基于直流电网的异步发电系统控制策略

针对异步直流发电中变转速控制与变转矩控制相结合的新颖综合控制模式,介绍其发电系统的结构、变转速模式特性、转速寻优策略和转矩控制特性并给出具体方法。以柴油机组万有特性为着眼点,提出分级阶跃变转速策略和控制程序流程,通过Matlab/simulink搭建系统模型进行仿真试验以验证变速控制策略的正确性;以异步发电机和变换器为对象,提出基于直接转矩控制策略(DTC)的转矩控制模式,以实现单机直流电压的稳定;最终通过小比例试验验证转矩控制模式实现的可行性。     

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.     

基于扩张状态观测器的小水线面双体船终端滑模控制

针对小水线面双体(SWATH)船运动控制问题,设计了带有扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)的终端滑模控制器。首先,针对SWATH船在随机海浪作用下的运动问题,建立了带有系统复合扰动的非线性运动模型;进而,考虑到系统存在的参数摄动和海浪扰动的复杂性、随机性,将系统分为内环观测器和外环控制器分别设计;利用一个线性ESO对系统的复合扰动进行估计,并在外环终端滑模控制器中进行补偿;最后,利用Lyapunov理论得到了系统的渐进稳定结论。仿真结果表明,带有ESO的终端滑模控制方法能够有效实现SWATH船的运动控制,线性ESO能够准确估计出系统的复合扰动,且终端滑模控制器能够使系统状态快速收敛。     

船舶可调桨螺距模糊PID控制器设计

针对柴油机驱动的船舶可调桨推进系统,从运动学和动力学角度建立与其适应的船桨系统、柴油机系统、调速控制系统和螺距控制系统的运动模型.同时运用模糊控制和PID控制理论,在Matlab仿真平台上设计可调桨螺距的模糊PID控制器,调试运行使之与可调桨动力性能相匹配,得到相应螺距偏差、偏差变化率和螺距控制输出量隶属度数据.通过仿真过程离线计算得到模糊控制器输出控制量查询表,从而设计完成可调桨螺距的模糊PID控制器.针对可调桨螺距控制,给定车钟指令信号和脉冲干扰信号.仿真实验结果证明,模糊PID控制器能有效避免可调桨控制跳动问题,且其控制速度、精度和灵敏度较传统PID控制器具有显著优势.     

船用柴油发电机组模拟系统调速特性控制器研究

本文针对实验室对利用柴油机进行船舶电力系统研究的需求,提出了一种基于PLC控制变频器连接带编码器的异步电动机和同步发电机组成一套模拟柴油机特性曲线的实验设备,配套研制了调速特性控制器,整套系统设备成本低,精度高,占地面积小,实验结果令人满意,为柴油机特性曲线的研究提供了一种新思路。     

EGS2200电子调速系统建模与仿真研究

EGS2200电子调速系统是Lyngso Marine公司研制的电子调速系统，该系统具备了控制稳定、性能优越、安全可靠等特点，已经和DGS8800电子调速器系统一样被广泛地装配在大型商船的主机系统中。本文对EGS2200电子调速系统进行建模并分别对柴油机转速、扫气压力、柴油机的功率、柴油机的油门等参数利用VC++进行实时仿真和界面设计，利用仿真数据对模型进行修改和完善，最后开发出一套符合船员智能训练和考试的系统。     

基于滑模控制的作动器研究

为有效地消除船甲板由于发动机或螺旋桨不平衡矩所引起的振动,研制了一种新型作动器,其激振频率及激励力幅值均可实现在线调节,由于这种激励幅值的在线调节,使得整个系统的控制方程为非线性,为了消除控制系统参数变化和外部扰动对其跟踪性能的影响,将滑模控制引入其伺服跟踪控制,同时为了减小滑模控制器的颤抖采用了基于趋近律的位置及速度跟踪.仿真及实验结果表明滑模控制器具有较强的鲁棒性和跟踪性能,能有效地控制船甲板的振动.