舰船水上纵向运动非线性数学控制模型

传统舰船控制在理论基础中以舰船水上运动的二自由度作为参数进行计算,忽略舵机伺服系统中的航向偏差,导致对航行要素的分析出现误差,因此设计一种针对舰船水上纵向运动的控制模型。首先对舰船水上运动过程中的各自由度在舰船运动坐标系中进行分析,并以向量形式的数学方程来描述纵向运动非线性舰船的状态,在驱动力上叠加一个非线性变推力,通过控制航速的方式控制舰船纵摇的幅值,设计变推力开环施加流程,经过相位改变得到相位差,精准跟踪纵摇变化纠正舵机伺服系统航向偏差。仿真实验中,分别使用传统控制模型与设计的非线性数学控制模型进行实验。结果表明,设计模型仿真结果对于各航行要素的分析误差平均控制在5%以内,具有一定有效性。     

船舶水上纵向运动的非线性数学模型构建

为了解决当前船舶水上纵向运动预测精度的问题,设计了一种船舶水上纵向运动的非线性数学模型构建方法。首先分析了当前船舶水上纵向运动的线性数学模型的缺陷,然后引入非线性建模方法—神经网络对船舶水上纵向运动变化特点进行拟合,建立船舶水上纵向运动的非线性预测模型,最后与线性船舶水上纵向运动建模方法进行仿真对比实验。结果表明,本文方法的船舶水上纵向运动预测精度高,船舶水上纵向运动预测误差要小于线性船舶水上纵向运动建模方法,验证了本文非线性船舶水上纵向运动建模方法的有效性以及优越性。     

基于LSTM的舰船运动姿态短期预测

舰船的六自由度运动状态形成复杂的非线性过程,运动姿态会受到耦合作用、不定周期、噪声信号以及混沌特性等因素的干扰,因此很难得到精确的预测结果。为了提升舰船运动姿态的预测精度,利用舰船时间序列的特点,建立了基于长短期记忆单元(LSTM)模型,对其进行了舰船姿态预测仿真,将结果与时间序列分析法的结果进行对比。实例分析表明:基于LSTM模型的预测方法具有精确度高、易实现的特点。这为舰船运动短期预测提供了一个新的思路和方法。     

基于LSTM的舰船运动姿态短期预测

舰船的六自由度运动状态形成复杂的非线性过程,运动姿态会受到耦合作用、不定周期、噪声信号以及混沌特性等因素的干扰,因此很难得到精确的预测结果.为了提升舰船运动姿态的预测精度,利用舰船时间序列的特点,建立了基于长短期记忆单元(LSTM)模型,对其进行了舰船姿态预测仿真,将结果与时间序列分析法的结果进行对比.实例分析表明:基于LSTM模型的预测方法具有精确度高、易实现的特点.这为舰船运动短期预测提供了一个新的思路和方法.     

基于经验模态分解的舰船运动姿态预测模型研究

运动姿态准确性预测对提高舰船水上作业安全性具有重要的现实意义,为此,基于经验模态分解算法,构建一种新的舰船运动姿态预测模型。该模型首先利用EMD分解舰船运动时间序列,然后采用游程判别法来判定IMF和r_n (t)的波动程度,划分高频、中频和低频3个分量,最后利用基于支持向量机算法构建的预测模型预测舰船运动姿态。实验结果表明:与卡尔曼滤波法、谱估计法、艏前波法3种运动姿态预测方法得到的结果相比,本模型的纵摇角预测误差更小,精度更高。     

组合优化理论的舰船装备维修费预测

单一模型难以准确对舰船装备维修费用进行建模与预测,为了提高舰船装备维修费的预测精度,设计了一种组合优化理论的舰船装备维修费预测模型。首先分别采用灰色模型和神经网络对舰船装备维修费进行预测,然后确定2种模型的舰船装备维修费预测权值,加权得到最终的舰船装备维修费预测结果,最后采用VC++6.0实现了舰船装备维修费预测仿真测试,仿真结果表明本文模型获得了较高的舰船装备维修费预测精度,相对于单一模型,本文模型的舰船装备维修费预测结果具有比较显著的优势。     

非线性回波在舰船航向控制系统中的研究

针对海上舰船航向控制问题进行研究。对非线性回波特征分析在舰船航行控制上的应用进行探讨。首先对舰船航行进行数学建模分析,再对航向控制进行建模,并对雷达回波的特性进行详细分析。通过分析捕获到的雷达回波信号相位,得到相位误差信息,进而实现运动补偿,保持舰船航向。最后,以1艘大型舰船为例进行实验仿真,仿真结果证明算法的可行性。     

最小二乘支持向量机的舰船航向保持非线性控制

现有的舰船航向保持非线性控制在建模过程中最多只能包含3个自由度,导致舰船航向控制不精准。为此设计一种最小二乘支持向量机的舰船航向保持非线性控制方法。首先使用局部最小二乘支持向量机对航行中的舰船进行建模,能够描述出舰船实际航行中的6个自由度,并使用等式约束代替不等式约束,引入反馈校正环节,弥补缺陷,完成模型的构建。在控制算法的设计中,使用模型训练误差均平方值代替松弛变量,且训练过程只需要求解一个线性方程组,简化了运算,使用动态抗饱和补偿器得到最优参数,实现舰船航向保持的非线性控制。通过仿真实验结果表明,使用本文控制方法控制船只的航向角和舵角,控制精度更高,效果更好。     

船舶海上运动拓扑结构与预测分析研究

舰船运动预报对提高航空母舰作战能力具有非常重要的意义。灰色系统理论对研究舰船运动的随机性和非线性具有非常大的优势。因此,本文通过其拓扑预测模型研究舰船的姿势预报。本文首先建立了灰色拓扑预测在舰船运行纵摇预测中的应用模型,然后通过数据对比研究误差产生的原因。     

舰船航向非线性控制的数学模型设计

发达国家已有舰船航向控制模型研究成果,无法适应中国舰船实际航向控制需求,存在着航向控制效果差的问题,因此提出舰船航向非线性控制的数学模型设计研究。详细分析舰船运动干扰信号,构建非线性舰船运动数学模型,选取并探究实际航向控制问题的性能指标,以构建模型与选取性能指标为基础,将舰船运动模型转换为状态方程形式,制定航向非线性控制流程,执行制定流程即可实现舰船航向的非线性控制。实验结果表明,应用构建模型后,在较短时间内实际航向可以调控到设定航向,控制舵角也能回正,充分证实了构建模型的有效性与可行性。