两种响应型船舶运动模型的对比及适用性分析

船舶运动模型作为自动舵性能检测平台的基础与核心,对于自动舵的研发、调试及船舶运动控制算法的设计都有非常重要的意义。现有的航迹航向自动舵检测平台普遍使用简化的一阶线性KT方程。由于忽略船舶回转运动中的纵向速度变化以及首摇角与横向速度之间的耦合,在实际使用中具有一定的局限性。本文引用国际电工委员会制定的航迹自动舵标准(IEC62065)中提出的船舶运动模型,并对其进行仿真,将仿真结果与一阶线性KT方程的仿真结果进行对比分析,讨论一阶线性KT方程的适用范围。同时介绍改进的一阶非线性KT方程的形式并进行仿真试验,结果表明其与IEC62065中非线性模型相似度较好,且减少了计算量。     

船舶航向运动模型对比分析

文中对舰船平面运动进行了分析,并对国际电工委员会制定的航迹控制系统标准运动模型（IEC62065）,以及现在普遍使用的野本方程进行了解释说明及理论推导。并根据不同舵角情况下的航向角变化图,对比分析出两个模型的不同点,提出了野本方程的适用条件。     

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。     

基于非线性PID的船舶航向自动舵设计

本文针对线性Nomoto船舶运动模型，讨论了一种非线性PID船舶航向自动舵的设计方法，该非线性PID船舶航向自动舵设计简单，在航向自动舵传统PID设计方法的基础上，串连一项非线性函数便可实现，设计过程中需要合理的构造非线性函数。本文以大连海事大学实习船“育龙”号为例进行仿真研究，仿真结果表明非线性PID型控制比传统的PID型控制具有优越的动静态性能，鲁棒性能好。     

船舶自动舵算法测试仿真系统

为克服船舶自动舵实船测试中存在的风险大、调试周期长和费用高的缺点,并且方便科研人员对自动舵控制算法进行研究;以国际标准电子海图为显示平台,采用三自由度的Manoeuvring Mathematical Model Group(MMG)船舶数学模型,设计实现能提供与海上实际情况相近的船舶自动舵算法测试仿真系统,并详细说明该系统的构架、功能、控制接口和界面设计。以自抗扰航迹自动舵控制算法为例,在该系统上进行仿真测试,结果表明:该系统对测试自动舵算法的有效性有很大帮助,对自动舵算法的研究很有意义。     

船舶操舵陆上仿真系统的研制

本文提出了一种新颖的旨在缩短船舶自动舵产品研制周期并降低海试成本的船舶操舵陆上仿真系统,并介绍了其硬件组成、各模块功能以及系统软件的设计.船舶操舵陆上仿真系统具有可扩充的船舶模型数据库,通过半物理和全数字两种仿真形式,既可用于检验实际自动舵产品的操舵性能,亦可对自动舵控制算法进行计算机仿真测试.实际使用表明,该系统运行可靠、结果可信.     

高速舰船的运动模型适用性分析及海浪中的操纵仿真试验

船舶运动模型的建立对于船舶运动控制算法的研究以及自动舵的研制和陆基条件下的检测都具有重要意义。对于静水条件下中低速船的航迹航向控制,三自由度模型较为简单适用,然而高速舰船的操纵特性与中低速船不同,在回转过程中会产生较大的横倾角,横摇运动与首摇运动的耦合作用较明显。本文通过Matlab对DTMB5415驱逐舰进行四自由度的运动建模及操纵仿真实验,根据仿真试验与水池试验数据的对比,验证了四自由度模型的适用性,并进一步应用该模型分析了海浪干扰对高速舰船运动的影响。     

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。     

船舶航向模糊控制自动舵系统的设计研究

根据传统ＰＩＤ自动舵的优点和不足，提出了一种由自动驾驶系统的航行信息收集模块和自动航迹保持模块，与一种模糊ＰＩＤ控制器一起构成的自动舵系统的设计方法。经过仿真试验证明，该控制器是有效的，而且船舶自动舵系统的性能也有明显提高。     

人工智能的航迹控制方法研究

在船舶自动化和电气化的发展历程中,航迹控制作为一项非常重要的功能,正受到越来越多的研究。航迹控制系统中的核心部件之一自动舵,正向着高速化和集成化方向发展。由于海洋环境越来越复杂,天气变化多端,船舶的航行安全受到了更多的威胁,急需一种高性能的自动舵航迹控制系统。本文正是基于这项需求,开发出了基于人工神经智能算法的航迹控制方法,此算法具备了强鲁棒性、自适应性和高可靠性。从仿真结果看,本控制方法的性能优越,易于推广使用。     

基于反馈线性化的船舶自动舵动态滑模控制

针对船舶自动舵的航向控制问题,结合高阶滑模和动态滑模控制的设计思想设计了一种船舶自动舵动态滑模控制器.首先设计出包含舵机特性的船舶航向控制仿射非线性系统模型,其次通过状态反馈的方法将原模型变为等价的完全可控型线性化系统,然后设计出动态滑模控制器.仿真结果表明,所设计的动态滑模控制器不仅能很好的自动跟踪设定的航向,而且能有效的抑制系统的抖振现象,达到设计目的,为研究船舶自动舵控制提供一种参考.     

小型帆船自适应自动舵

帆船由于其结构的特殊使其动态特性呈严重的非线性，航向很难控制。首先针对一种小型竞赛用的12m长美洲杯赛帆船，从其结构出发建立数学模型，并对该模型进行了开环仿真试验以验证其真实程度。然后利用MATLAB辨识工具在不同的外部条件下得到各具特色的不同模型，由此确认模型参数的巨大变化难以用一个近似于当前运行模式下的线性化模型设计控制器，因而设计了一个采用自适应LQR的自动舵以控制帆船尖不同外部条件下都能保持航向。最后在该模型上作了仿真，取得了较好的效果。     

论舰船操纵性辨识

本文主要讨论确定性船舶避碰自动化系统中的操纵性辨识部分。叙述了如何根据ＡＲＰＡ雷达输入的来船回波等信息，经雷达目标综合辨识系统，识别出来船的类型和船长。随后进入船舶尺度计算模块和船舶航海性能数据库，估算出部分船舶性能数据，随后进入操纵性计算模块，即可辨识出描述来船操纵性能的一阶线性响应方程或二阶非线性响应方程及速度方程。     

基于线性插值方法的模糊型船舶自动驾驶仪的研究

本文基于对常规船舶自动驾驶仪存在缺陷的分析,提出了一种基于线性插值模糊控制和Bang-Bang控制相结合的控制系统,使模糊控制输出连续变化,提高了模糊控制系统的精度.通过常规模糊型船舶自动驾驶仪与改进后的模糊型船舶自动驾驶仪性能的比较,表明本文所提出的方法是行之有效的.     

基于鲁棒反馈线性化的船舶航向鲁棒内模控制

针对具有不确定项的船舶航向非线性数学模型,结合鲁棒反馈线性化方法和鲁棒内模控制算法设计出了船舶航向的鲁棒内模控制器.该方法先将船舶航向非线性数学模型鲁棒线性化,在补偿型船舶航向鲁棒控制律的基础上,设计出内模控制算法.鲁棒内模控制器中的反馈滤波器可以抑制参数摄动引起的实际输出与模型输出的误差,并对相关参数进行在线校正.以...     

自抗扰控制在船舶自动舵上的应用

本文回顾了船舶自动舵的发展历程,分析了传统自动舵在应用上的不足之处。同时介绍了自抗扰控制器的原理,尝试利用自抗扰技术设计出更理想的船舶自动舵系统。     

考虑外环境影响的船舶操纵模拟自动舵系统

自动舵系统是建立船舶操纵离线模拟模型所要解决的关键因素之一,本文给出了一种船舶操纵模拟自动舵系统,该系统可以对船舶出入港时受到的复杂载荷,如风,浪,流,限制性航道等做出合理反应,可以应用于船舶出入港操纵运动的离线模拟中。     

船舶自动舵控制系统设计与比较

文中建立船舶操纵控制系统数学模型,设计了传统PID控制和基于频域法的超前控制这两种船舶自动舵控制系统,通过MATLAB/Simulink仿真平台,对设计的控制系统进行仿真研究。仿真结果表明：新设计的频域控制器控制特性明显优于传统PID控制结构,具有良好的操纵性能,能够为航渡任务的安全与顺利完成提供有力保障。     

船舶自动舵控制系统实施改造的研究及实现

介绍了TS-75型自动舵系统的组成概况，分析了舵机抖动的机理，指出了该舵机抖动的根本原因是由于其控制电路的故障引起的，并提出解决该问题的有效方法是利用PLC（Programmable Logic Controller）技术对舵机控制系统进行改造。通过对船舶自动舵控制系统的控制原理、控制方法及存在的问题进行研究后，设计了基于PLC技术的自动舵控制方案，讨论了其具有的优点。利用PLC的模块化结构组态自动舵控制系统，实现船舶自动舵的自整定PID（Proportional Integral Differential）制，说明了STEP7 PID—TUNE的使用方法。基于PLC自整定PID控制的自动舵满足船舶的各种动态特性指标，能提高舵机控制系统的可靠性和经济性。