大型船舶自动舵系统精准智能航向控制研究

为保持船舶在指定轨迹上航行,目前使用最为广泛的技术是船舶航向自动舵控制系统。基于航行安全和节约成本的考虑,船舶航行对自动舵的精确度提出了越来越高的要求。目前,通常采用船舶操纵运动模型研究船舶自动舵控制系统。通过分析船舶运动及其受到干扰力作用的情况,建立船舶控制系统数学模型。本文结合PID控制、模糊控制和粒子群算法,分析研究船舶航向自动舵控制系统。     

基于航速保持的舵减摇控制方法

船舶航行受阻力影响引起航速和能量损耗。研究船舶在静水和波浪中的附加阻力,给出船舶航行时的总体航速损失的计算方法。设计带有航速损失约束的自动舵控制系统,依据舵角协同控制方法设计航向和舵减摇滑模控制规律。综合讨论"航向"与"航向+减摇"两种工作情况,包括横摇稳定、航向精度、航速保持、操舵能量消耗。仿真结果表明:该方法可以有效保持航速;从航行经济性的角度,对于同时安装有减摇鳍和自动舵的船舶,不推荐采用舵鳍联合减摇的控制方法。     

基于DSP的舰船PID自动舵监控系统的研究

舰船PID自动舵保障了船舶航向、航速等技术指标的控制水平,是舰船自动化的重要组成部分。为了提高舰船PID自动舵的运行可靠性,大型船舶均装备有相应的舰船PID自动舵监控系统。本文主要介绍一种基于数字信号处理器(DSP)的舰船PID自动舵监控报警系统,并进行该自动舵监控报警系统的硬件搭建、软件设计和监控模拟量分析等工作。     

舵系统常见故障浅析

舵是由桨演变而来的。早期的船是用装在船尾的桨来控制航向的，后来将桨固定在船尾中线处，成为可转动的专用舵，用以改变和保持船舶航向。舵系统主要由舵叶、舵杆、舵机等部分组成，航行时，通过舵机转动舵叶，使水流在舵叶上产生横向作用力，为船舶提供回转力矩，从而使船舶保持航向或回转。     

基于闭环增益成型算法和改进粒子群算法的舰船航向控制

如今,海上航线的船舶密度不断提高,且船舶的动力性能更强,速度更快,在航线拥挤的地方往往会发生船舶碰撞事故。为了提高船舶的航行安全性,有必要针对船舶的航向控制技术进行优化。本文首先研究闭环增益成形算法和改进粒子群算法的原理,建立舰船航向控制过程的动力学模型,基于这2种优化算法对舰船的航向控制系统进行研究,有助于改进舰船航向控制水平。     

自动舵故障原因分析

自动舵是远洋船舶最重要的设备之一,是自动控制船舶航向的设备,它的性能直接影响到船舶航行的操纵性、经济性和安全性。自动舵的电气控制系统复杂,出现故障对于电气管理经验不足的管理者不知如何下手。本文从舵机故障的现象入手,对自动舵电气控制系统的功能块分析可能出现故障的原因。     

舰船航向非线性自适应鲁棒控制方法

舰船航行时由于存在线性干扰,使得航向控制方法鲁棒性较差。为此,提出舰船航向非线性自适应鲁棒控制方法研究。基于惯性坐标系的空间位置和姿态角,将舰船运动化为3个平面运动,建立舰船操作运动方程,依据运动方程,计算舵力及舵机特性,在考虑舵力的作用下,计算非线性控制律,去除线性干扰项,设计自适应鲁棒控制器,达到控制舰船航向的目的。测试结果表明:与传统的控制方法相比,设计的舰船航向非线性自适应鲁棒控制方法转艏角速度更接近0,且船首向角定向需要的时间更少,说明该控制方法鲁棒性更好,适合应用在舰船航向控制中。     

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。     

风力等效舵角及应用

船舶航行过程中,风力的干扰影响会致使船舶偏离计划航线,浪费能源,甚至对船舶造成危害。为改善船舶航向保持和航向跟踪的性能,可以对风力强度进行前馈控制;但是,至今对风力与等效舵角之间较准确的数量关系一直缺少了解。论文以三自由度船舶平面运动数学模型为基础,分析了在风干扰下的船舶运行状态,得出了风力等效舵角的机理型计算公式。通过对仿真实验结果的分析可知,将状态反馈控制与利用风力等效舵角的前馈控制相结合,组成的航向复合控制是可行的。     

基于启发式搜索算法的船舶航向自动控制研究

船舶在航行过程中会受到各种非线性因素干扰,采用传统控制方法缺少对控制规则和有关参数设定与调整,导致航向、航角控制效果较差。针对该问题,提出基于启发式搜索算法的船舶航向自动控制研究。依据启发式搜索原理,确定寻优参数和控制规则,采用惯性坐标系统建立船舶运动数学模型,并分析船舶在海洋内运动之间的耦合关系,实现船舶航向自动控制。由实验结果可知,该控制方法自动舵响应曲线与实际舵响应曲线一致,且对船舶航向和航角控制效果较好,为船舶稳定运行奠定基础。     

基于自适应模糊控制的船舶航向控制研究

为了提高船舶在复杂海域和密集线路航行的经济性、安全性和稳定性,性能优异的航向自动化控制系统引起了研究人员的普遍关注。传统的船舶航向自动控制系统(自动舵)在灵活性和可操作性上无法满足现代大型船舶和密集航线的需求。本文利用自适应神经模糊控制算法,对传统的船舶航向控制系统进行优化,并设计基于模糊控制算法的船舶自适应航向控制系统。     

支持向量机技术在舰船航向广义预测与控制中的应用

舰船在海上航行时,受到海浪等干扰力的作用难免会偏离既定航线,严重时甚至发生搁浅等事故,航向的广义预测与控制决定了舰船的航行效率和安全性,是船舶工业领域研究的重点。支持向量机技术是一种新型的智能学习算法,该算法在非线性系统求解、小样本、高维度系统求解领域有重要应用。本文以舰船航向预测与控制为研究对象,系统介绍了支持向量机算法,并基于支持向量机技术对船舶航向进行预测与控制。本研究对于提高舰船航向预测与控制有重要意义。     

舵效失灵，谁在作怪？

正某轮航行途中,不慎丢失2/3舵叶,致使舵效大大降低甚至失效,差点酿成重大事故。船舶进坞后对舵叶进行了详细勘察,分析了舵叶丢失的直接原因和间接原因,制定了相应修理措施。当天,当船长下令向右转向时,发现失去舵效,航向无法控制。船首开始向左旋转,并逐渐加速旋转,船舶位置大幅度向左偏离,     

船舶非线性响应的鲁棒神经网络控制研究

随着船舶向着大型化、高速化方向发展,海上交通变得更加拥挤,船舶的航向控制技术引起了研究人员的广泛关注。自动舵是船舶航向控制的关键设备,近代以来出现了PID自动舵、自适应自动舵和智能自动舵等多种形式,实现了船舶运动的精确、灵活控制。本文针对船舶航向控制的非线性响应问题,在传统自动舵系统的基础上,提出了一种基于鲁棒神经网络的船舶运动控制器,建立了海风、海浪等非线性响应的函数模型,并进行了该船舶运动控制器的控制响应仿真。     

供主动舵用的液压传动装置

在操纵船舶的设备中,主动舵得到了发展,为了保证船舶的航行,它们也应用于船舶的低速航行(3～5节)。对于主动舵,需采用确能提高转舵角的大功率传动装置的舵机。对主动舵向舷边转舵角的适当范围,如实验表     

船舶自动舵系统中滑膜控制器的PID优化设计

操舵系统在舰船动力系统中占据重要地位,能够确保舰船航行的有效性,与舰船行驶需求相适应。其中,舵能够对舰船方向功能加以把握,若要转舵亦或是对障碍物躲避,就需要操舵。其中,手动操舵系统使用最为常见,主要是利用手动操舵开关对电磁阀开闭进行直接控制,以达到操舵的目标。本文研究了自动舵系统的PID控制优化措施,通过提高操舵的精准度,将PID技术应用于船舶自动舵系统的滑膜控制器中,能够显著提升自动舵系统的综合性能。     

单手柄操纵全回转四舵桨遥控装置

本文涉及到一种特殊的船舶航行操纵装置。仅用一个手柄就能操纵一艘有4个舵桨的船舶航行。随机操纵方式选择,使一艘带有4个舵桨的船舶有尽可能多的舵桨组合形式,智能化地实行了船舶航行的全功能。     

基于FDLQR的喷流舵船舶航向横摇控制研究

本文探讨了目标船在随机海浪干扰下的喷流舵减摇控制问题。首先,介绍喷流舵流体动力特性,并通过内插值获取理想线性控制输入。将水面船舶4自由度非线性耦合模型简化为3自由度直航线性模型,并针对单舵舵减摇控制问题,提出基于线性模型的分频线性二次型最优控制方法,构建了航向/横摇综合控制仿真数学模型。最后,在不同工况进行喷流舵控制对比仿真研究。结果表明,喷流舵在航向/横摇控制性能上可以获取更优的效果。设计的分频线性二次型最优控制器具有较强的性能跟踪能力,并兼顾到控制成本。基于该控制方法的喷流舵控制对实际船舶航向横摇控制,尤其在低航速航行时的控制具有重要的参考价值。     

浅谈船舶液压舵机的检验

舵机是船舶保持航向、改变航向、旋回操纵船舶航行的重要设备,基本原理是利用原动机带动油泵给液压管路供油,产生的液压力推力传送至舵,使舵运转。从目前发生的船舶海损事故中分析,船舶发生海损有相当大的比例是与舵机故障有关的,所以加强对舵机的检验,保证舵机的正常工作是目前降低事故隐患,减少海损事故发生的重要途径之一。     

Nomote数学模型在船舶航向鲁棒性控制器的设计应用

船舶航向控制器是控制系统的关键装置,该装置的性能将直接影响船舶航行的安全性和稳定性。传统的船舶航向控制器模型已经无法满足船舶航行的要求,船舶航向鲁棒性控制器逐渐成为船舶制造行业研究的重点。本文对船舶航行控制系统进行研究,在Nomote数字模型的基础上提出了船舶航向鲁棒性控制器的设计方案。