船舶航行速度高精度控制的数学模型研究

现有模型无法适应不同荷载的航速需求,存在着控制精度低、控制时延长的缺陷。为此,提出船舶航行速度高精度控制的数学模型研究。分析船舶航行速度影响因素,构建船桨系统、柴油机以及附加阻力数学模型,以此为基础,基于PID技术设计航行速度控制器,制定船舶航行速度控制规则,通过执行控制规则,应用PID控制器实现了船舶航行速度的高精度控制。设置干扰环境,准备实验对象相关数据,进行船舶航行速度控制仿真实验。实验结果表明,与现有模型相比,本文构建模型航速控制精度较高,航速控制时延较短,表明构建模型航速控制效果更佳。     

基于Lyapunov函数的船舶航向保持非线性控制器设计

船舶航向保持控制器是船舶动力系统的重要组成部件,其目的是使大型船舶航行轨迹与预设轨迹误差在阀值范围内。传统的船舶航向控制器利用PID控制器计算各种干扰综合作用力,并控制推进器平衡外界干扰力,随着船舶动力系统复杂度增加,PID的控制精度及时效性已不能满足现代船舶航向保持的要求。Lyapunov函数是一种微分跟踪控制过程,对于复杂非线性系统具有很好的鲁棒性。本文研究船舶航向保持控制的数学模型,在此基础上提出基于Lyapunov函数的船舶航向保持非线性控制器。     

基于嵌入式的船舶控制器设计与实现

为提高船舶系统运行的稳定性,需要进行鲁棒控制设计。提出一种基于嵌入式的船舶控制器设计方案,首先采用自适应PID控制律进行船舶控制算法设计,然后在嵌入式ARM环境中进行船舶控制器的硬件设计,将控制算法加载到DSP处理芯片中,实现控制程序写入,完成嵌入式船舶控制器的集成设计和软件开发。实验测试结果表明,该船舶控制器具有较好的船舶位姿控制性能,提高了船舶航行的稳定性,控制器的鲁棒性较好。     

应用单片机的船舶横摇姿态稳定性动态控制系统

考虑到船舶在海上航行的环境因素会导致横摇姿态不稳定,为了确保船舶的稳定航行,提高横摇姿态稳定性控制精度,提出了应用单片机的船舶横摇姿态稳定性动态控制系统。在硬件设计部分,基于船舶横摇姿态稳定性动态控制系统的硬件架构,对设计单片机主控芯片、姿态控制传感器和遥控器接收机进行了设计,在软件设计部分,通过提取平衡差量参数,对差量平衡算法进行了设计,完成系统硬件与软件之间的对接,实现船舶横摇姿态稳定性动态控制系统的设计。实验结果表明,应用单片机的船舶横摇姿态稳定性动态控制系统可以通过减小航向角控制误差和横滚角控制误差,提高横摇姿态稳定性控制精度。     

水下航行器组合导航蔽障控制器的设计与实现

为了提高水下航行器的蔽障性能,进行组合导航蔽障控制器优化设计。针对水下航行器导航中容易出现横滚误差的问题,提出一种基于横滚小扰动误差补偿的组合导航蔽障控制算法,构建水下航行器组合导航蔽障控制对象模型,进行控制约束参量分析,设计组合导航蔽障的运动方程和控制目标函数,采用小扰动误差补偿方法进行横滚误差抑制,提高控制精度,在纵向运动的弹道模型下实现控制器的优化设计。仿真结果表明,采用该控制方法进行水下航行器组合导航蔽障控制的误差较小,收敛性和鲁棒性较好,性能优越。     

改进PID控制优化算法的航行轨迹研究

航行轨迹是一个时变性非常强的问题,当前航行轨迹控制优化算法存在控制误差大,无法对航行轨迹进行实时跟踪和控制,为了提高航行轨迹控制精度,改善航行轨迹跟踪和控制的实时性,设计了一种基于改进PID算法的航行轨迹控制优化方法。首先对航行轨迹控制原理进行分析,采用PID控制器对航行轨迹进行优化和控制,然后针对PID控制器的参数优化问题,引入蚁群算法进行参数在线调整,满足航行轨迹时变性特点,最后在Simulink环境下对航行轨迹控制进行仿真模拟实验。结果表明,本文方法的航行轨迹控制精度完全满足船舶实际工作要求,大幅度改善了航行轨迹的实时控制效果,是一种精度高、速度快的航行轨迹控制优化方法。     

基于ARM的双轴电磁计程仪技术研究

为提升电磁计程仪综合测速性能,设计了一种基于ARM控制器的利用电磁感应定律获得船舶两维航行速度的测速系统。以ARM控制器及其外围电路为控制和速度解算核心,配以专用自检模块、信号放大模块、低通滤波模块、调相模块、相敏解调模块、数据采集模块、ARM数据处理及控制模块、显控模块、激磁模块以及电源模块。通过软件,利用曲线逼近法进行误差校正,系统稳定且操作方便。     

船舶直线航行控制方案研究

随着船舶向着高速化、大型化和自动化方向发展,世界航运业进一步繁荣,同时也造成了海上交通密集和拥堵现象。为了提高船舶的航行安全,降低船舶操纵人员的劳动强度以及减少油耗,必须对船舶的航向和航迹进行精确控制。本文基于滑模控制理论和自抗扰控制技术,设计一种非线性船舶航向控制器,并研究船舶直线航行的控制方案。     

遗传学算法在船舶航线自适应控制器中的应用

为了提高大型海上运输船在复杂海上交通条件的航行能力和运载能力,研究船舶航线自适应控制器具有重要意义。随着船舶结构和功能的复杂化,船舶航线控制的准确度和可靠性的难度越来越大。本文系统介绍遗传学算法,并利用该算法的自适应搜索能力和参数优化技术,设计和优化船舶航线自适应控制器,提高其控制精度和鲁棒性。     

船舶航行轨迹自动化控制中PLC技术研究

为有效发现水域中那些偏离正常航行轨迹的船舶,从而提高船舶航行安全性,设计基于PLC技术的船舶航行轨迹自动化控制方案。通过提取船舶航线轨迹数据的方式,弥补缺失信息的插补空隙,完成PLC数据的采集及预处理。在此基础上,度量轨迹内航行节点间的相似性,按照正常轨迹点的建模需求,实现对时间复杂度的精准分析,完成船舶航行轨迹自动化控制中的PLC技术研究。对比实验结果表明,与GMM航迹分析算法相比,应用PLC自动化控制方案后,QIE水域避障系数提高至6.32,不仅提高船舶的航行安全性,也可有效发现偏离正常航行轨迹船舶的实时所处位置。     

基于云计算技术的船舶航向智能控制技术研究

船舶航行的环境十分复杂,环境信息具有比较强的动态性,导致船舶航向变化的频率相当高,当前船舶航向控制技术存在控制精度低、控制速度慢等问题,无法适应船舶高速航行的要求,为了提高船舶航向控制的准确性,改善船舶航向控制效率,设计了基于云计算技术的船舶航向智能控制技术。首先分析当前国内外船舶航向控制技术的研究进展,找到引起船舶航向控制不足的因素,然后建立船舶航向控制的数学模型,并采用改进卡尔曼滤波算法对船舶航向进行估计,从而实现船舶航向智能控制,最后采用云计算技术搭建船舶航向智能控制平台,并进行了船舶航向智能控制仿真实验,结果表明,本文技术可以对船舶航向进行高精度跟踪与控制,船舶航向智能控制误差小于当前其它船舶航向控制技术,且船舶航向智能控制速度更高,具有十分广泛的应用范围。     

基于史密斯预估控制理论的船舶航向控制器研究

为了提高海上交通的安全性,包括风浪天气的快速避难、港口等交通密集水域的航行,国内外研究人员针对船舶的航向控制问题做了大量研究。传统的船舶航行控制器包括PID控制器、模糊控制器等,本文结合史密斯预估控制理论,在船舶航行的运动模型和受力模型的基础上,设计了一种新型的船舶航向控制器,并对该控制器的原理进行了系统研究。后期的试验表明,该航行控制器的控制精度高,响应速度快,具有广泛应用的潜力。     

智能船舶岸电远程控制系统的研究

针对智能船舶对船舶岸电远程控制技术的需求,设计一套采用VPN技术、PLC控制器、DSP控制器以及专用远程监控软件的远程船舶岸电控制系统.本文实验平台基于船舶高压电站物理仿真平台,采用西门子公司S7-1200PLC以及TI公司TMS320 F28335型DSP作为船舶岸电系统的核心控制器,完成了包含船舶电站自动化及岸电带...     

船舶表面金属电镀铬层厚度自动化控制系统

针对传统的电镀层厚度控制系统因延时长,影响镀层控制精度的问题,设计船舶表面金属电镀铬层厚度自动化控制系统。在传统控制系统硬件部分的基础上,设计单片机控制模块,完成系统硬件部分的设计。基于设计的硬件部分,设计系统的软件部分。计算电镀控制器反馈预测值,并根据计算结果,设计电镀铬层厚度控制器。检测电镀铬层厚度后,将检测数据输入单片机中,经过单片机处理分析后,输出控制指令。由控制器按照指令控制执行器实现对电镀过程的控制,完成船舶表面金属电镀铬层厚度自动化控制系统设计。设计与传统电镀厚度控制系统的对比实验,证明了设计的电镀铬层厚度自动化控制系统的延时短,能够提高镀层厚度的控制精度,性能更优越。     

船舶航行数据的远程集成采集方式

通过对船舶航行数据的远程集成采集,实现对船舶航行的状态监测,提出基于浮点DSP集成控制的船舶航行数据的远程集成采集系统设计方法,构建船舶航行数据采集的总体结构模型,数据采集系统的功能模块组成包括VXI全局总线模块、采集触发模块、数据传输模块、数据波束形成模块等,采用浮点DSP作为核心控制器,进行船舶航行数据的多重通道采集和信号输出设计,在波束形成器中输出采集的集成船舶航行数据。仿真测试表明,设计的数据采集系统能有效实现船舶航行数据采集,数据波束输出的响应能力较强。     

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。     

船舶电站自动调频调载系统的设计与实现

船舶电站自动化是未来船舶发展的一个重要方向,自动调频调载功能是船舶电站自动化一个重要的功能。本文对船舶电站的自动调频调系统的设计和实现进行研究,对调频调载的原理、实现方法、硬件电路和软件流程进行了设计。系统采用DSP作为控制器,通过传感器采集船舶电站系统的电压、电流和频率等实时数据,DSP根据功率偏差和频率偏差的综合信号,对调速器发出相应的调节信号,使其进行加速或减速,完成对船舶电站的自动调频和调载功能。     

大数据驱动的船舶航行路径跟踪研究

船舶航行路径跟踪控制时控制器会经历次数较多的更新而加速磨损,因此设计一种大数据驱动的船舶航行路径跟踪方法。忽略船舶航行过程中的升沉、俯仰和横摇运动,建立船舶三自由度数学模型,简化惯性矩阵,引入坐标变换公式解决外界扰动补偿问题;在控制器设计中,引入机器学习算法构造虚拟控制律的预选函数,采用滤波器去除外界干扰,完成大数据驱动的船舶航行路径跟踪研究。实验结果表明,设计方法大幅减少了控制器的更新次数,具有一定有效性。     

水体流动时船舶航行横向受力数值模拟研究

针对传统船舶航行横向受力数值模拟存在误差的问题,提出基于水体流动的船舶航行横向受力数值模拟研究。通过设定海水湍流速度的分布,确定港口入口水流速度边界条件。通过划分船体底层表面区域来保证船舶底层表面光滑,确定船体底层表面光滑程度边界条件。结合模拟区域风向和风力边界条件,确定船舶航行横向受力边界条件。通过船舶航行横向受力数值模拟流程设计,实现了基于水体流动的船舶航行横向受力数值模拟。仿真结果证明,相比基于数据分析理论数值模拟方法,该方法船舶航行横向受力的数值模拟误差缩小了16.18 N,为船舶航行横向受力数值模拟提供了有利的科学依据。     

基于机器学习的风暴中船体减摇自动化控制方法研究

针对传统模糊控制方法修正误差大、航行过程中出现风暴现象船舶的晃动程度较高的现象,提出并设计了一种基于机器学习的船体减摇自动化控制方法。结合数学模型对船舶减摇过程中所受的偏移力矩进行分析后,确定船体姿态参量的自整定性处理系数,采用机器学习方法对自动化控制算法进行优化,实现船体姿态参量的误差补偿,完成对风暴环境中船舶的自动化减摇控制。仿真实验结果表明,采用基于机器学习的自动化控制方法能够有效增强船体减摇过程中的误差修正能力,鲁棒性极强。