海浪干扰对船舶航向影响规律研究

在现有海浪研究的基础上,以国际电工委员会制定的航迹控制系统性能标准(IEC)62065提供的舰船运动模型为基础,模拟分析不同等级海况,不同类型船舶,不同航行条件下的航向角变化情况,证明了航向角在海浪干扰下的变化存在周期性,并总结出吨位、速度等对航向角变化的影响规律。为研究海浪干扰条件下的船舶操纵规律,优化操舵控制打下基础。     

船舶航向非线性反演自适应滑模控制

为实现船舶在大幅度改向操纵运动中航向准确快速跟踪控制,采用Bech船舶操纵运动数学模型精确描述船舶运动性能。考虑到船舶运动中固有的非线性、模型不确定性和风、浪、流等干扰影响,设计一种船舶航向非线性自适应滑模控制器。利用反演法将滑模控制技术与自适应控制技术相结合设计航向改变控制算法,借助Lyapunov稳定性定理证明控制系统渐近稳定,并进行船舶航向控制仿真。仿真结果表明,本文所设计的船舶航向改变控制器性能优良,控制舵角合理,控制输出航向对本船参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强的鲁棒性。     

弯曲河道操船技术探讨

弯曲航道是内河最常见的航道形式.当船舶通过宽阔静水弯曲航道时,船舶在推力、舵压力和舵压力转船力矩的作用下,以一定的漂角和回转角速度沿着一定的曲率运动,当船舶航迹曲率半径与弯曲航道曲率半径接近以及回转角速度引起的航向角变化与弯曲航道转向一致时,船舶可以顺利通过弯曲航道.但是,河流弯道水流具有一定纵向流速和横向分速,因此,使船舶操纵变得复杂化.     

船舶轨迹运动控制方法改进研究

分析了船舶轨迹控制的直接法和间接法的特点,提出综合航向控制与航迹控制,利用航向差与航迹角度差的变化,调整航向差与航迹角度的相互关系来控制舵角,达到消除航迹偏差的控制目的。通过实船试验,验证了此方法简单实用、控制精度高、灵活性强的特点,特别是在复杂条件下,此法避免了大量的力学分析和算法推演,只考虑各种因素对船舶的实际影响结果,控制效果明显。     

船舶操纵运动智能控制的实时仿真研究

本文以“mariner”型船为例，建立了外界干扰下的船舶操纵运动数学模型，并将模糊控制理论应用于船舶操纵运动自适应控制，如用该船型可以对船舶在各种风，流状态的运动性能进行仿真，同时选用不同的模糊控制参数建立相应的合理的模糊控制规则，可以实现船舶在风，海流条件下保持航向，航线以及改变航向，航线的模糊控制仿真。     

基于航迹推演的船舶动态智能避碰方法

针对受限水域船舶动态智能避碰问题,将航迹预测与改进速度障碍相结合,提出一种船舶动态智能避碰方法。建立两船相对运动模型并实时计算船舶避碰运动参数,基于三自由度船舶操纵运动数学(MMG)模型和Kalman滤波算法分别预测本船(OS)和目标船(TS)下一时刻运动状态;然后结合《国际海上避碰规则》(简称《规则》)、良好船艺、航迹预测模型、速度障碍算法和航向控制系统等分析设计船舶动态智能避碰决策模型;通过仿真试验验证动态智能避碰决策模型的可行性和有效性。结果表明：该算法可满足受限水域两船和多船复杂会遇局面下船舶智能避碰,实现动态避碰条件下的船舶安全航行。     

RBF神经网络在船舶航向保持非线性控制中的应用

船舶航向保持在可控范围内,使得船舶航迹能够在规定精度的阀值内。随着航运业的发展,船舶的动力及体积越来越大,操纵控制系统复杂度也越来越高,在船舶航向控制中的非线性因素越来越多,传统的线性模型已经不能适应船舶控制系统性能要求。RBF神经网络与自适应控制相结合,能够很好匹配非线性系统的求解。本文研究船舶航迹控制模型,给出基于RBF神经网络船舶航向非线性控制系统解决方法,最后进行仿真实验。     

考虑转向运动特征的船舶新航向距离计算模型

为提升船舶转向时船位预测和精准控制效率,提出一种基于船舶转向运动特征的新航向距离计算模型。分析在船舶转向运动中基于K、T指数的新航向距离的计算方法及其局限性,分析船舶转向运动中船舶运动特征及其相互之间的关系,依据航道转弯半径相关的设计规范,并考虑船舶驾驶位置的影响,建立基于船舶转向运动特征的新航向距离计算模型。实船应用显示：基于船舶转向运动特征的新航向距离与船舶转向运动实际情况相吻合。多船验证表明该模型具有广泛的适用性。该研究结果可为船舶智能驾驶中转向控制提供一种新的参考。     

基于高阶常微分方程的复杂水域船舶航迹精准预测研究

船舶航迹预测是其避障、导航的基础,精准的航迹预测可提升船舶在复杂水域航行的安全性,为此研究基于高阶常微分方程的复杂水域船舶航迹精准预测方法。该方法利用AIS系统采集船舶航行行为动态观测样本后,构建该船舶航行行为动态观测样本的高阶常微分方程预测模型,使用四阶龙格-库塔方法求解该预测模型,得到船舶航行动态观测样本预测值后,利用最小二乘法对其进行拟合处理,得到船舶航迹曲线。实验结果表明,该方法可有效采集船舶在复杂水域航行时的航速、船首向等行为动态观测样本,预测船舶航迹点和拟合后的航迹曲线均与其实际数值吻合,预测精度较高。     

利用AIS数据挖掘生成船舶航迹点方法研究

由于船舶航行受海上环境的影响而产生航迹误差,为了准确控制船舶航行轨迹,提出利用AIS数据挖掘生成船舶航迹点方法研究。根据AIS数据挖掘算法,提取船舶航行轨迹点数据特征,利用船舶航行轨迹点数据库中航行线路设置信息与目标对象运动信息之间的相似性,挖掘出船舶航迹动力定位数据,将AIS数据挖掘算法映射到船舶海上航行领域中,提取出AIS船舶位置采集点,通过设定阈值得到船舶航行转向点,将所有转向点连接成线,初步生成船舶航行轨迹点,利用船舶轨迹点生成流程,实现船舶航行轨迹点的生成。实验结果表明,基于AIS数据挖掘的船舶轨迹点生成方法在精度和时间上,都可以准确控制船舶航行轨迹。     

多无人艇的航迹分散控制算法

传统多无人艇航迹控制算法有效控制范围较小。对此,设计多无人艇的航迹分散控制算法。对无人艇航迹参数进行坐标定位,建立航行轨迹方程,获取无人艇漂角等参数坐标,利用无人艇初始位置和航向漂角等信息,生成无人艇期望航向角,明确无人艇控制航迹,提出船舶PID控制规律算法和辅助性指标TTAR算法,解决多无人艇期望航向角重合问题,实现多无人艇航迹分散控制。实验数据表明,设计的无人艇轨迹分散控制算法无人艇控制绝对有效控制范围扩大27%,次级控制范围扩大19.5%。具有实际应用优势。     

基于深度强化学习的智能船舶航迹跟踪控制

[目的]智能船舶的航迹跟踪控制问题往往面临着控制环境复杂、控制器稳定性不高以及大量的算法计算等问题。为实现对航迹跟踪的精准控制,提出一种引入深度强化学习技术的航向控制器。[方法]首先,结合视线(LOS)算法制导,以船舶的操纵特性和控制要求为基础,将航迹跟踪问题建模成马尔可夫决策过程,设计其状态空间、动作空间、奖励函数;然后,使用深度确定性策略梯度(DDPG)算法作为控制器的实现,采用离线学习方法对控制器进行训练;最后,将训练完成的控制器与BP-PID控制器进行对比研究,分析控制效果。[结果]仿真结果表明,设计的深度强化学习控制器可以从训练学习过程中快速收敛达到控制要求,训练后的网络与BP-PID控制器相比跟踪迅速,具有偏航误差小、舵角变化频率小等优点。[结论]研究成果可为智能船舶航迹跟踪控制提供参考。     

多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法

针对多自主式水下航行器轨迹跟踪控制中的不确定性问题,研究多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法。构建基于灰色预测的轨迹精准跟踪控制模型,利用灰色预测模型预测航行器航向角,构建一元多项式回归模型,拟合航行器初始航向角同预测航向角间的残差,优化灰色预测模型,提升航行器航向角预测精度。将航向角预测结果代入PID控制器内,通过计算航向角控制率确定位置误差、速度误差与加速度误差,通过控制上述误差实现航行器轨迹准确跟踪控制。实验结果显示该方法可在航行器不同运动特性下准确跟踪轨迹,并具有较好的控制效果。     

人工智能技术的船舶航行轨迹控制算法

为加强船行主机对于行进轨迹的精准控制能力,实现对船舶航向的有效性规划,提出基于人工智能技术的船舶航行轨迹控制算法。联合TLC设计思想,计算伪逆系数的具体数值结果,完成基于人工智能技术的船舶航迹节点安排。在此基础上,研究微分代数谱理论,通过航向控制器的促进作用的,求解非线性控制参量条件,完成人工智能技术船舶航行轨迹控制算法的设计。对比实验结果表明,与线性化控制手段相比,新型轨迹控制算法的TDR系数值能够达到87%,能够在有效规划船舶航行方向的同时,实现船行主机对于行进轨迹精准控制能力的提升。     

高速舰船的运动模型适用性分析及海浪中的操纵仿真试验

船舶运动模型的建立对于船舶运动控制算法的研究以及自动舵的研制和陆基条件下的检测都具有重要意义。对于静水条件下中低速船的航迹航向控制,三自由度模型较为简单适用,然而高速舰船的操纵特性与中低速船不同,在回转过程中会产生较大的横倾角,横摇运动与首摇运动的耦合作用较明显。本文通过Matlab对DTMB5415驱逐舰进行四自由度的运动建模及操纵仿真实验,根据仿真试验与水池试验数据的对比,验证了四自由度模型的适用性,并进一步应用该模型分析了海浪干扰对高速舰船运动的影响。     

考虑运动模式的无人船航迹实时跟踪控制算法

因无人船航迹数据数量级较大,导致现有航迹跟踪算法的跟踪控制误差较大,难以满足现今航运业的需求。故设计了考虑运动模式的无人船航迹实时跟踪控制算法。首先定义无人船运动模式,并根据运动模式相关定义构建无人船航迹描述模型。以此为基础,依据运动模式将无人船轨迹划分为3个集合,提取相应运动模式下的轨迹特征属性,然后计算无人船航迹与期望航迹之间误差,再利用滑模控制器进行误差补偿,实现了无人船航迹的实时跟踪控制。实验结果显示:与现有算法相比较,本文算法横向位置误差降低了1.04 m,航向角误差降低了8.29°,舵角误差降低了8.86°,充分说明本文算法的控制性能更佳。     

船舶航向模糊控制及仿真研究

根据船舶操纵控制过程中,存在非线性、慢时变、复杂干扰的特点,设计了一个带模糊积分的船舶航向模糊控制器,使船舶在干扰变化情况下,模糊控制不仅能较好地实现航向保持,而且能获得较好的操纵性能;仿真结果表明,带模糊积分的船舶航向模糊控制器的控制比常规PID控制具有更强的环境适应性.     

船舶航向模糊控制及仿真研究

根据船舶操纵控制过程,存在非线性、慢时变,复杂干扰的特点,设计了一个带模糊积分的船舶航向模糊控制器,使船舶在干扰变化情况下,模糊控制不仅能较好地实现航向保持,而且能获得较好的操纵性能;仿真结果表明,带模糊积分的船舶航向模糊控制器的控制比常规ＰＩＤ控制具有更强的环境适用性。     

模糊自适应滑模控制在航向控制器中的应用

船舶的转向控制主要依靠操舵仪,操舵仪通过检测舵角信号与给定航向角的误差,进行航向的灵活调节。为了提高船舶操舵仪的精度,本文对船舶操舵仪的控制器进行研究。结合自适应滑模控制技术和模糊控制技术,建立了一种具有自适应控制的船舶航向控制器。通过数学建模和计算机平台的模型仿真,验证了该船舶航向控制系统的性能。     

基于网络感知信息的船舶航迹规划智能避障方法

为实现智能避障,确保船舶航行安全,设计基于网络感知信息的船舶航迹规划智能避障方法.高效感知船舶本身及附近环境信息,精准获取船舶本身及附近船舶位置信息.依据位置信息构建船舶航迹规划中碰撞危险度模型,判断本船是否存在碰撞危险.若存在碰撞危险,则采用模糊神经网络智能控制船舶航行方向完成智能避障.试验结果表明:该方法可精准感附...