基于分数阶PIλDμ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PIλDμ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统 PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。     

基于分数阶PI~λD~μ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PI~λD~μ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。     

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。     

船舶航向保持中的混沌控制研究

大型船舶的航向控制是一个多变量、时滞性较大和非线性的动态过程,在海浪、海风等因素干扰下会呈现一种典型的混沌运动。本文系统介绍混沌控制理论和算法,结合船舶航向控制数学模型和Diffing方程,设计一种船舶航向的控制器,并利用Maltlab对该非线性控制器进行仿真。仿真结果表明,该船舶航向控制器具有良好的航向保持能力和鲁棒性。     

基于扩张状态卡尔曼原理的海浪滤波算法

针对海浪干扰下船舶控制系统存在的无效舵问题以及风、流干扰下观测器存在的静差问题,提出一种基于扩张状态卡尔曼原理的海浪滤波算法。该方法首先对船舶一阶Nomoto模型进行离散化,基于带遗忘因子的最小二乘法对模型中的参数进行辨识;以海浪二阶传递函数与一阶Nomoto模型建立用于海浪滤波的四阶状态方程,并以Nomoto模型中环境干扰与未建模动态组成的综合干扰项为扩张状态建立五阶状态方程,基于卡尔曼滤波算法设计海浪滤波器,在实现海浪滤波的同时消除干扰环境下状态观测静差问题。仿真结果表明,本文提出的海浪滤波算法能够有效的滤除船舶航向的高频信号并正确的估计出船舶的运动状态,显著减少了船舶航行时的无效舵问题。     

解析模型预测控制在欠驱动船舶路径跟踪控制中的研究

从非线性、欠驱动、船舶模型参数易控制的欠驱动船舶路径跟踪入手进行问题研究,采用解析模型预测控制,利用单输入单输出系统,通过对时域上的性能函数求导求得最优控制律;然后利用无干扰情况的船舶模型进行最优控制律的简化;最后通过实验进行验证本文算法与带反馈的线性欠驱动船舶直线路径跟踪控制相比趋于稳定的时间要短,可靠性和收敛性更优。     

基于响应模型在线辨识的航向鲁棒优化控制

为进一步解决船舶航向控制中模型不确定性的问题,实现鲁棒航向控制器的参数优化,将基于闭环增益成形算法的二阶鲁棒航向控制器参数分成模型参数和干扰带宽参数两部分。对于模型参数摄动,直接利用遗传算法对响应型船舶运动模型参数进行在线辨识;同时,针对海况变化引起航向保持性能下降的情况,综合考虑航向保持精度和舵机节能优化干扰带宽参数,从而实现控制器参数的双重在线优化。仿真结果表明,与固定参数控制器相比其具有更高的航向保持精度、更小的航向调节时间和超调幅度。该系统对于模型摄动和外界干扰具有较好的自适应能力,具有明显的工程应用价值。     

舰船航态最优控制器的设计

在已知船舶控制模型和海浪干扰模型的前提下,按照适航性能的要求统一考虑了对横荡、横摇和艏摇运动的控制,运用卡尔曼滤波器估计系统状态,采用最优控制理论实现舵鳍联合控制舰船的横向运动,并对不同浪向下的控制效果进行了仿真研究.     

基于鲁棒控制器的水面智能高速无人艇控制技术

由于船体速度和负载的改变将导致模型中的参数发生扰动,海风、海浪、海流等因素也会对模型产生干扰。参数摄动、外部扰动以及模型的误差导致了水面智能高速无人艇控制的不稳定性。船舶数学建模中存在的各种不确定因素,对船舶操纵系统的鲁棒性能产生很大影响。本文通过建立无人艇的数学模型,利用鲁棒控制系统对模型的各项参数进行重点分析与优化,进一步提高整个无人艇控制系统稳定性。     

非线性模糊算法在船舶控制系统中的应用

受到海风、海浪等干扰作用力的影响,大型船舶的航向控制和稳定性控制难度较高,一直是船舶领域的研究重点。由于船舶的运动具有非线性、随机性的特点,传统的自动舵等控制技术难以满足控制精度和稳定性需求,本文介绍一种先进的算法—非线性模糊算法,基于该算法,开发了一种船舶的自动控制系统,并在Matlab软件平台中建立了船舶的运动模型和干扰作用力模型,并进行船舶运动控制精度的仿真实验。仿真实验表明,基于非线性模糊算法的船舶运动控制具有较高的精度。     

基于自抗扰控制技术的船舶航向自动舵控制方法研究

本文基于线性Nomoto船舶运动模型,以传统PID控制器为基础,考虑到船舶自身状态和外界未知干扰对船舶航向系统的影响,对船舶航向自动舵控制系统引入自抗扰技术,建立以自抗扰控制方法为基础的船舶航向控制系统。最后利用Simulink仿真软件搭建系统的仿真模块,对改进的船舶航向控制系统的性能进行仿真验证。结果表明该方法具有较强鲁棒性、抗干扰性,解决了超调性与快速性之间的矛盾。在应对海上复杂的环境时有良好的动态性能和稳态性能。     

模糊最优化算法在船舶控制中的应用研究

首先分析船舶模糊控制系统以及系统参数的选择。引入模拟退火算法,对系统中模糊变量的量化因子和比例因子进行优化,达到最优控制船舶的目的。最后利用本文设计的算法,对不同海域情况下船舶的航向控制进行仿真。实验结果表明,FLC控制比传统的PID控制更接近预定航行方向,并且方差小,更适合在复杂环境中控制船舶航向。     

基于NESO的潜艇航向滑模控制器设计

[目的]潜艇在复杂海况下进行水面航行时,为实现低噪操舵控制,[方法]采用潜艇水平面线性运动模型,并利用基于双幂次趋近律的滑模控制对参数变化和外部干扰不敏感、响应速度快、容易实现等优点,设计航向控制器。针对海浪干扰问题,利用非线性扩张状态观测器(NESO)设计海浪滤波器,用以补偿系统外部干扰。[结果]理论推导结果证明了航向滑模控制器的稳定性,并通过Matlab仿真结果验证了其良好的滤波效果。[结结论]研究结果表明,该航向滑模控制器在不同航速、不同海况、不同浪向下均可实现低噪、快速、高精度的航向控制性能。     

船舶航向高精度控制的数学模型与分析

原有模型保持船舶最佳航向的能力较差,导致船舶航向数学模型的控制精度降低,为此构建一个全新的船舶航向高精度控制的数学模型。该模型通过建立固定坐标系与动力学坐标系,获取二者之间的转换关系;根据控制方程得出航向模型,通过建立性能准则函数,约束船舶保持最佳航向的近似代价函数,实现高精度控制数学模型的构建。实验结果表明,与原有数学模型相比,此次构建的模型,通过约束船舶航向,规范了船舶航向的最佳位置,实现对船舶航向的高精度控制。     

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。     

具有积分信号的舵/鳍联合控制系统的最优设计

具有积分信号的舵/鳍联合控制系统由于考虑了船舶水平面运动的耦合影响,可以较大地提高自动舵和减摇鳍的性能,而且也改善了没有积分信号的舵/鳍联合控制系统的性能。本文给出了一种设计该控制系统的方法,包括建立随机海浪模型、船舶运动模型以及舵和鳍的随动系统模型,还提出了最优化准则和具有积分信号的LQG最优控制方法。     

舰船航态最优控制器的设计

在已知船舶控制模型的海浪干扰模型的前提下,按照适航性能的要求统一考虑了对横荡、横摇和艏摇运动的控制,运用卡尔曼滤波器估计系统状态,采用最优控制理论实现舵鳍联合舰船的横向运动,并对不同浪向下的控制效果进行了仿真研究。     

大型船舶航迹多变量随机最优控制

基于随机控制理论，研究了大型船舶航迹的随机最优控制。以Mariner号船舶为研究对象，建立了该船的运动方程和干扰模型，在此基础上，利用卡尔曼滤波器对航向角Ψ、舵角δ、船位信息(经纬度)等进行最优估计，采用LQG随机控制方法对航迹进行随机最优控制。仿真结果表明航迹控制性能良好，能精确保持航迹。     

模拟退火算法在船舶航向PID控制器参数优化中的研究

基于PID控制器的航向参数控制是控制船舶按照既定航向运行的主要方法。传统的PID控制器虽然结构简单,但是航行参数调节精确度不高,在全局进行搜索,收敛性能较差,已经越来越不能适应现代船舶航行参数控制系统的要求。模拟退火算法是一种局部最优搜索方法,能够结合航向操纵航角最小的原则对航向参数进行最优控制。本文在研究了船舶航行参数控制结构的基础上,提出了基于模拟退火算法在船舶航向PID控制器参数的优化算法,最后进行仿真。