船舶航向非线性系统的模糊神经网络智能控制器设计

船舶航向控制系统具有典型的非线性和不确定性特性，并受自动舵执行能力的约束，这使得作为船舶智能化基础的航向控制极具挑战性。首先分析了船舶航向运动特性，给出带有舵约束的航向运动非线性数学模型；然后以模糊神经网络为控制器结构，在噪声加入和参考轨迹设置算法的支持下使用遗传算法对控制器参数进行自动搜索和优化，设计一种船舶航向智能控制器；最后对航向控制进行仿真。结果表明，所设计的航向智能控制器对船舶参数摄动和扰动具有良好的鲁棒性能。     

船舶航迹迭代非线性滑模增量反馈控制算法

分析了带有状态变量及控制输入约束条件的欠驱动船舶航迹控制问题,结合增量反馈技术,对控制系统输出进行动态非线性滑动模态分解迭代设计,提出了一种基于分解迭代非线性滑模的船舶航迹增量反馈控制方法,以避免定常干扰引起的稳态误差及变结构控制的抖振问题,无需对不确定风、流干扰以及模型参数进行估计,能够同时稳定船舶的航向和航迹。应用“育龙”轮的系统模型进行了仿真,结果表明,控制器对系统参数摄动及外界干扰不敏感,具有强的鲁棒性,且其设计参数物理意义明显,易于调节。     

基于逆推算法的无人艇神经网络滑模控制

设计一种基于逆推算法的无人艇神经网络滑模控制器,实现了无人艇在大幅度改向操纵运动中航向准确稳定快速跟踪.借助滑模变结构控制技术,设计系统带有积分器的滑模面,引入径向基神经网络逼近系统非线性函数和不确定参数,同时结合非线性阻尼定律克服外界有界干扰,最后利用逆推算法设计出系统控制律.仿真实验结果表明,径向基神经网络能精确逼近船舶非线性函数和不确定参数,控制器输出平滑无抖震,航向输出对船舶参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强的鲁棒性.     

船舶航向非线性系统的输出反馈鲁棒控制

考虑船舶航向控制系统模型中存在非线性，假设模型参数和外界干扰有界的情况下，首先利用Lyapunov稳定性模型，提出了一种状态反馈鲁棒控制新算法的自动舵设计，进而考虑到实际船舶上，在进行航向控制时，并不是所有船舶运动状态都是可测的，仅有航向是可测的，采用一种高增益状态观测器对状态进行重构，提出了输出反馈鲁棒控制自动舵设计，以大连海事大学远洋实习船“育龙轮”为例，进行了输出反馈鲁棒控制自动舵设计，并利用Matlab工具箱进行了仿真研究，结果证明该算法是十分有效的。     

不完全驱动船舶非线性控制

介绍了不完全驱动系统及其意义，建立了船舶港内自动靠离泊模型和海上航运控制模型。以船舶在大洋航行或长距离转向点间航行中经常发生的直线轨迹跟踪为例，运用输入-输出线性化设计方法，给出了一个具有渐近跟踪能力的控制律。将该控制律应用于一个实例，并用Matlab语言进行了计算机仿真，结果表明该控制器可以解决船舶的不完全控制问题。     

40万t级散货船靠泊鼠浪湖码头技术研究

通过鼠浪湖海域的自然条件分析,结合该区域的风况、潮汐潮流数据,借鉴了"YUAN JIAN HAI"轮成功靠泊鼠浪湖码头的经验,研究了40万t级散货船靠泊鼠浪湖码头的关键技术,得出了靠泊操纵和入泊控制的要领及注意事项,并针对大型船舶操纵困难等特点提出了应急预案,为同类船舶靠泊该码头提供了技术参考。     

基于轨迹特征的船舶停留行为识别与分类

为准确评估大规模轨迹数据中的船舶停留活动，构建了两阶段船舶轨迹停留点提取策略，提出了特征驱动的船舶停留行为识别与自动分类方法；以距离、时间和轨迹点数量为约束条件构建了规则模型，检测了原始轨迹中的停留候选轨迹，引入孤立森林算法检测和去除异常离群点，提取了高聚集度的船舶停留轨迹集合；基于船舶靠泊和锚泊的时空特征，定义了轨迹点重复率、相邻点平均距离和最远点对距离3个指标，构建了新的轨迹相似性度量模型，量化了船舶停留轨迹点的分布特征和聚合程度，并利用K近邻算法完成了船舶锚泊行为与靠泊行为的自动分类；采用提出的方法处理了3个不同水域的船舶轨迹数据，准确获取了船舶停留行为的分类结果，并验证了船舶锚泊与靠泊在轨迹时空特征上的差异性，以人工标注结果为参考依据评估了船舶停留行为识别与分类的准确性。研究结果表明:船舶靠泊的轨迹点重复率在80%以上，最远点对距离和相邻点平均距离分别为6~11和1~2 m，船舶锚泊的轨迹点重复率在10%以下，最远点对距离和相邻点平均距离分别为150~250和8~10 m，说明轨迹点重复率、相邻点平均距离和最远点对距离这3个时空特征对船舶靠泊和锚泊具有显著的区分能力；提出的方法对船舶停留识别分类的正确率在98%以上，充分证明了其有效性；采用提出的方法可更新已有码头和锚地的空间位置，自动识别规则水域外的船舶异常停留和规则水域内的超长时间船舶异常停留，掌握在港船舶停留分布情况，识别不同季节、不同时段的热点码头和锚地，从而辅助优化港口规划布局和交通组织。      

基于自适应动态面的航向跟踪控制器设计

针对船舶航向控制非线性系统模型中存在的不确定性和外界干扰的影响,采用动态面控制算法设计了一种鲁棒自适应控制器。由于在反步法设计过程中加入了一阶低通滤波器使得该方法无需对模型非线性多次微分,因而设计方法简单。所设计的鲁棒自适应控制器不仅能保证闭环系统的半全局渐近稳定,使得输出渐进跟踪期望轨迹;而且,跟踪误差可以通过控制器的设计参数加以调整。以中远集装箱船COSCO Shanghai号为例进行仿真研究,结果证明所设计的控制器是有效的。     

基于线性矩阵不等式的船舶动力定位滑模控制

为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题, 提出了一种基于线性矩阵不等式的滑模控制算法; 将跟踪误差设计为滑模函数, 设计线性矩阵不等式, 求解状态反馈增益; 基于二次型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 设计切换函数, 使系统对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性, 避免出现抖振现象; 对基于线性矩阵不等式的滑模控制器进行仿真, 计算出动力定位船舶在无扰动的匀速运动和有外界环境扰动的变速运动2种不同情况下的前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进加速度、横荡加速度、艏向角加速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等; 分析了状态反馈增益线性矩阵、边界层、切换项增益等参数对控制性能的影响。研究结果表明: 采用基本滑模控制使前进速度达到期望值所需的上升时间为29s, 而新算法为15s, 节约了48.28%;采用基本滑模控制使横荡速度达到期望值所需的上升时间为24s, 而新算法为14s, 节约了41.67%;采用基本滑模控制使艏向角速度达到期望值所需的上升时间为13s, 而新算法为10s, 节约了23.08%。可见, 设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性, 具有控制输入连续、控制抖振小、不存在过高增益等特点。      

船舶操纵运动的模糊自适应控制系统

船舶操纵运动控制过程中,由于转向角度可任意设置,系统的航向偏差和偏差变化率有时可能会很大。本文在进行船舶操纵运动模糊控制设计中,为使系统工作平稳,研究了一种根据系统工作过程中的偏差和偏差变化率自动校正比例因子的算法,以实现船舶航向自适应控制。同时为满足系统的稳态性能,该系统中不宜采用模糊了ＰＩ控制器。仿真结果显示了该系统设计的合理性。     

横向运动学综合反馈EPS模糊滑模控制

针对电控助力转向EPS电机电流的跟随性以及震颤问题,建立汽车转向系模型,提出模糊滑模结构控制算法。考虑到横向运动学信息对驾驶员操纵特性的影响,运用反馈和模糊滑模控制思想,设计了权系数模糊,自动调整横向运动学综合反馈的EPS模糊滑模控制器。仿真结果显示：横向运动学综合反馈模糊滑模控制的EPS电机电流具有良好的跟随性、快速性,且电流的震颤现象基本消失,系统具有良好的鲁棒特性,同时汽车的横摆角速度以及侧偏角的峰值明显下降,提高了汽车的操纵稳定性。     

车辆主动转向的变结构控制器设计

针对基于线控转向技术的四轮主动转向汽车,利用滑模变结构控制策略,以提高车辆在紧急避障和危险工况下运行的安全性.将实际车辆的前、后轮侧偏刚度及外部干扰视为有界的不确定性参数,利用确定性线性车辆模型作为理想跟踪目标,进行车辆主动转向的变结构控制器设计.人-车-路闭环系统仿真结果表明:当轮胎侧偏刚度摄动或有外部侧风干扰时,变结构控制的四轮主动转向汽车实现了转向零质心侧偏角和跟踪期望横摆率的控制目标,其双移线仿真最终路径偏差分别为0 m和0.05 m,被控车辆系统表现出了良好的路径跟踪性和在不确定影响下的鲁棒性,车辆的操纵稳定性与主动安全性得到了提高.     

基于联合仿真的四轮转向汽车控制策略研究

基于四轮转向技术和模糊控制理论,提出一种新的四轮转向汽车后轮转角控制策略,即比例前馈加模糊反馈。在ADAMS/car模块中建立四轮转向整车多体动力学模型,并基于Matlab/Simulink依据控制策略设计了四轮转向汽车控制系统,由ADAMS与Matlab的数据接口实现了控制系统与整车动力学模型联合,对四轮转向汽车进行典型行驶工况的联合仿真试验。仿真结果表明:所设计的后轮转角控制器能使车辆很好地跟随理想转向模型,提高了车辆的操纵稳定性。     

含随机干扰的车辆跟随系统滑模控制

为验证滑模控制用于含随机干扰的车辆跟随系统的可行性,建立了车辆跟随系统模型和相应的随机车辆动力学模型.用滑模控制法设计了随机车辆跟随系统的控制器.用向量Lyapunov函数法研究了控制系统稳定性,并得到系统指数均方稳定的充分条件.仿真中设置的随机因素为车辆的阻力.仿真结果表明,在5 s内跟随车辆的加速度和速度已接近领头车辆,车间距误差小于0.05 m.      

Finite-Time Attitude Tracking Control of Spacecraft with Actuator Saturation

The attitude tracking control problem of a rigid spacecraft with actuator saturation is investigated in this paper. A finite-time attitude tracking control scheme is presented by incorporating sliding mode control (SMC) and adaptive technique. Specifically, a novel time-varying sliding mode manifold is first developed that aims at regulating the attitude tracking error to equilibrium point within a certain finite time. Moreover, it can be specified a priori by the designer according to the mission requirement. Subsequently, an adaptive controller is derived by using the SMC in conjunction with adaptive technique. The designed controller is capable of ensuring that the state trajectories reach to sliding regime within a finite time, and hence that attitude tracking error can converge to zero in a finite time with the aid of the developed sliding dynamics, despite the presence of exogenous disturbances, unknown inertia properties and saturation nonlinearities. Finally, the simulation experiments are carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed control scheme.     

四轮转向汽车操纵稳定性研究

为了研究转向工况对四轮转向汽车操纵稳定性的影响,基于Matlab/Simulink建立四轮转向汽车前轮转角比例前馈加横摆角速度模糊PID反馈控制模型,通过与Trucksim车辆模型和Simulink控制模型联合仿真,分别在低速和中高速下进行方向盘角阶跃输入离线仿真和方向盘正弦角输入实时仿真试验,与前轮转向汽车在相同工况下侧向加速度、横摆角速度以及质心侧偏角的仿真结果进行对比分析。试验结果表明:四轮转向控制仿真结果优于前轮转向结果,搭建的四轮转向前轮转角比例前馈加横摆角速度模糊PID反馈控制策略,能提高汽车低速转向时的操纵轻便性和机动性以及中高速转向时的操纵稳定性。     

大型船舶靠离泊操纵中拖轮助操的分析

在码头工程通航环境安全评估的专题研究中,建立大型船舶操纵运动的仿真模型;根据大型船舶操纵运动的特性,给出了大型船舶靠离泊操纵中拖轮具体的助操方法。在此基础上,运用大型船舶操纵模拟器,对20000DWT散货船靠离泊操纵中拖轮的应用进行了仿真试验,为大型船舶在靠离泊过程中拖轮的协调应用提供了科学依据。