内模控制及逆系统算法在船舶运动控制中的仿真研究

针对船舶运动中多变量耦合、非线性、滞后、限幅、绿色控制等控制问题,提出运用基于逆系统方法的内模控制方法。该方法采用逆系统方法原理将船舶的非线性模型变换成伪线性模型,对伪线性模型进行内模控制。同时提出内模控制与其他控制策略相结合例如PID控制相结合的控制方法以期提升内模控制的控制效果。仿真结果表明,内模控制具有良好的控制效果,而且精度高,鲁棒性好,同时参数调节简单方便。     

RBF神经网络在船舶航向保持非线性控制中的应用

船舶航向保持在可控范围内,使得船舶航迹能够在规定精度的阀值内。随着航运业的发展,船舶的动力及体积越来越大,操纵控制系统复杂度也越来越高,在船舶航向控制中的非线性因素越来越多,传统的线性模型已经不能适应船舶控制系统性能要求。RBF神经网络与自适应控制相结合,能够很好匹配非线性系统的求解。本文研究船舶航迹控制模型,给出基于RBF神经网络船舶航向非线性控制系统解决方法,最后进行仿真实验。     

船舶动力定位中的控制分配技术研究现状与展望

介绍了目前国内外关于船舶动力定位技术中,控制分配算法研究的进展情况。根据分配模型的特点,分为线性控制分配和非线性控制分配两大类。其中线性分配算法包括解线性方程组、伪逆法、约束线性优化法和误差最优的线性二次规划法,非线性分配算法包括序列二次规划法、动态寻优法和智能分配算法。文中简要介绍和分析以上各种方法的优缺点并进行比较,最后对船舶控制分配的一些关键性问题进行总结。     

船舶航向模糊自整定操舵控制器的研究

船舶航向操舵控制是个典型的非线性系统,而工程上经常使用的常规PID(Proportional Integral Differential)控制器则为线性控制,至于模糊控制虽为非线性控制,但稳态精度不高。将常规PID控制与模糊控制相结合,基于Norrbin非线性系统模型和模糊自整定PID控制器的设计步骤,提出一种新的船舶航向控制算法,即船舶航向模糊自整定操舵控制器,并针对5 446标准箱的集装箱船舶,用Matlab进行了仿真计算。仿真结果表明,该控制算法可以使船舶航向控制从动态和稳态上都具有较好的精度,跟踪响应迅速,超调量小。     

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...     

逆推-非线性阻尼算法在航向控制方法中的应用

随着海上运输日益发展,对船舶操纵有了更高的要求。鉴于此,本文提出以逆推-非线性阻尼为基础的非线性船体控制。为了确保船舶中的闭合系统所有状态相同,将所设计的控制器应用于一个三自由度船舶模型进行仿真试验研究。这种方法能有效克服因外部风、波、电流和其他因素导致的系统失稳,闭环系统所有状态都受到统一约束。同时为了提高控制系统的鲁棒性,对控制器进行设计时还考虑到了船舶运动方程中未知参数和干扰项的影响,并以此为基础,应用新的积分方法进行积分,使得计算效率高。     

水下机器人的一种自校正控制方法

本文将综合非线性系统的一种新方法——逆系统非线性补偿解耦控制方法应用于高度非线性强耦合的水下机器人的控制。当模型参数不准甚至时变情况下,针对补偿解耦合的伪线性系统设计了自校正控制器,提高了系统的鲁棒性。     

基于反推策略的船舶直线航迹控制算法研究

为实现船舶直线航行的轨迹控制,基于船舶航行基本原理,建立了船舶航行运动的非线性模型。针对模型强非线性的特点,依据输入-状态反馈线性化原理,将非线性模型转化为具有下三角结构的线性模型,并基于反推技术和状态反馈,设计了船舶直线航行控制器。根据Lyapunov方法证明了闭环航迹系统是可镇定的。仿真结果验证了所提控制算法的正确性和有效性。     

基于Backstepping的船舶航向跟踪控制

针对线性船舶运动模型航向改变过程中，往往引起快速大的舵动，产生严重的水动力非线性的问题，设计基于backstepping的非线性船舶航向跟踪控制器。它是将Lyapunov函数的选取与控制器的设计相结合的一种回归设计方法，通过从系统的最低阶次微分方程开始，引入虚拟控制的概念，一步一步设计满足要求的虚拟控制，最终设计出真正的控制律，保证了闭环系统是全局渐近稳定的。在计算机仿真研究中，以大连海事大学“育龙”号实习船为设计实例，验证所提出的控制器的有效性。     

二维云模型在线优化的智能PID控制器设计

二维云模型是一种能够在定性概念和定量概念之间映射的模型,适用于非线性和不确定性的应用场景,具有较高的灵活性和效率。在船舶的各种控制系统、电子机械设备中,PID控制器是最常用的控制器类型之一,并且通常需要对发电机、动态定位系统等非线性的系统进行有效控制,因此,传统的线性控制模型难以实现较好的效果。为了解决这一问题,本文提出一种基于二维云模型的智能PID控制器,采用在线优化的方法,能够灵活地适应多种系统状态之间的动态变化,提高PID控制器的灵活性和适应性。本文给出二维云模型的设计方法,及PID控制的在线优化方法,并利用实验验证本文提出方法的正确性。     

A nonlinear model reference adaptive inverse control algorithm with pre-compensator

In this paper, the reduced-order modeling （ROM） technology and its corresponding linear theory are expanded from the linear dynamic system to the nonlinear one, and H∞ control theory is employed in the frequency domain to design some nonlinear system＇ s pre-compensator in some special way. The adaptive model inverse control （AMIC）theory coping with nonlinear system is improved as well. Such is the model reference adaptive inverse control with pre-compensator （PCMRAIC）. The aim of that algorithm is to construct a strategy of control as a whole. As a practical example of the application, the nunlerical simulation has been given on matlab software packages. The numerical result is given. The proposed strategy realizes the linearization control of nonlinear dynamic system. And it carries out a good performance to deal with the nonlinear system.     

基于反馈线性化的AFE变频器功率控制

提出了一种新的有源前端(Active Front End, AFE)变频器功率控制策略，仿真测试验证了基于该策略的AFE变频器具有交流侧电流畸变小、直流电压稳定、静态和动态性能好、能量可双向流动等优点。该策略基于多输入多输出非线性系统的反馈线性化理论和同步旋转坐标变换，将AFE变频器功率控制模型转化为线性、时不变的解耦系统，有利于控制系统的设计及实现。     

考虑横向漂移的船舶路径跟踪自抗扰控制

针对船舶运动系统中内部动态不确定和外部干扰等问题,进行了欠驱动船舶路径跟踪的自抗扰方法研究。利用Backstepping设计参考航向角,并通过线性扩张状态观测器对流干扰和横向运动引起的横向漂移进行估计。其次,根据自抗扰算法对航向进行控制,采用线性扩张状态观测器对外界干扰及内部不确定项进行估计。最后仿真结果表明,在风流干扰下所设计的控制器仍能使船准确地跟踪上参考路径,验证了所提控制方案的有效性。     

水下多智能体系统快速编队控制

针对水下多智能体系统在无向网络下的快速编队问题,提出基于智能体当前和过去状态的快速编队控制算法。利用矩阵理论和频域分析法,得到该算法能使系统快速编队的过去状态区间。仿真示例验证了其有效性。     

Active response control of an offshore structure under wave loads using a modified probabilistic neural network

Offshore structures are subjected to wave, wind, and earthquake loads. The failure of offshore structures can cause sea pollution as well as loss of property and life. Therefore, the safety of such structures is an important issue. The reduction of the dynamic response of an offshore structure subjected to wind-generated random ocean waves is another critical problem with regard to the serviceability, fatigue life, and safety of the structure. In this article, the responses of offshore structures under random ocean waves are controlled using a modified probabilistic neural network (MPNN). As a more advanced method, it uses the global probability density function (PDF) produced by summing the heterogeneous local PDFs automatically determined from the individual standard deviation of each variable. The state vectors in a state-space model of a structure and the resulting control forces made by a linear quadratic regulator algorithm were used to generate the training patterns for the MPNN and a conventional multilayer perceptron (MLP). The results were compared with those produced by back-propagation based on the MLP. The proposed MPNN method shows good results not only in controlling the responses but also in terms of the computation time.     

基于逼近的动态面二阶滑模的船舶航向跟踪控制

针对船舶航向非线性运动数学模型存在不确定性误差的情况下,提出一种新颖的动态面二阶滑模智能控制方法.首先采用动态面控制(DSC)技术,以消除传统Backstepping方法中存在的"计算爆炸"问题.为了削弱滑模控制中固有的抖振效应,提高系统的鲁棒性,引用了一种新颖的二阶滑模控制方法.然后直接利用径向基神经网络技术逼近模型误差,同时采用最少学习参数(MLP)技术,以减少控制器的计算负担,所设计的控制器可以保证闭环系统中所有信号一致最终有界,并使跟踪误差任意小,最后通过仿真验证所提算法的有效性.     

H∞ control design to include nonlinearities. Second report: nonlinearities in equations of motion

In our first report, a method to deal with the nonlinearity of saturation was proposed. A method of dealing with nonlinearity in equations of motion is proposed in this paper. The nonlinear equations of motion are expressed as variations of linear equations of motion. The nonlinear equations can be linearized around a specific point with a tangential plane or line. Accordingly, nonlinear equations effective in a certain domain can be obtained by variations in this tangential line. A control system with varying elements can be designed using the general H _∞ control theory. As an example, we present a speed and heading changing system for large vessels at low speeds during berthing maneuvers, where the equation will vary during motion. The nonlinearity of the equations is caused by the speeds. The control system is essentially designed to be robust in disturbance and noise. In this example, the saturation in the propeller is also considered using the method proposed in the first report. The results show that the method proposed in this paper is effective. Received: February 20, 2001 / Accepted: December 11, 2001     

基于CAN总线的船舶智能控制系统设计

基于CAN总线的船舶智能控制单元以S3C44BOX作为MCU，采用MCP2510CAN控制器，组成分布式控制系统。将该系统应用于船舶的集中控制，通过CAN智能节点，将船舶中的各部分连接局域网，实现现场的检测、控制，远端的监视、报警。     

柔性跨接管安装的三维力学分析

文章对柔性跨接管在三维空间中使用下放缆绳的安装做了相应的力学分析。根据悬链线理论,可以首先获得整个安装系统（缆绳及柔性管）的初始形态（仅受重力作用时）。其最终形态可以根据一迭代过程,使用力的平衡及协调性要求作为收敛准则来得到。通过有限单元离散法,可得柔性跨接管的内力,曲率半径及相应的位移值。为了验证文中提出方法的正确性及可靠性,将此得到的结果与OrcaFlex有限元模型得到的结果进行了对比。同时该文对两端下放缆绳的长度差对柔性跨接管最小曲率半径及最大轴力值的影响也做了一定的研究。该方法能够给实际工程中柔性跨接管的安装提供一定的参考。     

基于扩张状态观测器的双桨推进无人艇抗干扰目标跟踪控制

[目的]针对无人艇(USV)的模型不确定性和未知海洋环境扰动,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的双桨推进无人艇抗干扰目标跟踪控制算法。[方法]在运动学层级,设计基于平行接近制导原理的目标跟踪制导律;在动力学层级,针对模型不确定性和未知环境扰动,设计基于ESO的纵荡速度和艏摇角速度自抗扰控制律,以减小模型不确定性和环境扰动的影响;最后,通过输入状态稳定性定理和级联定理分析所提控制器的稳定性。[结果]实验结果表明,基于所提的自抗扰目标跟踪控制方法能使跟踪船有效地跟踪虚拟目标点。[结论]研究成果可为无人艇在环境扰动下的目标跟踪提供参考。