一种电路机理等效的船舶Nomoto模型

为使船舶Nomoto模型方程形象化,用电阻、电容和放大器搭建电路,经推导其传递函数与船舶Nomoto模型相同,通过适当选取电路元件参数,实现"育鲲轮"的电路机理等效模型。将融入旋回降速补偿后的电路仿真实验结果与实船回转试验结果进行比对,证明电路机理模型可以较高精度等效船舶Nomoto模型,对船舶运动半物理仿真具有重要指导意义。     

关于船舶Nomoto模型的进一步思考

在教学和科研实践中发现船舶操纵运动方程(Nomoto模型)的推导在数学上不够严密,虽然Nomoto模型作为一种近似方法仍然可以继续使用,但为了科学的严谨,对船舶运动数学模型重新进行了简化,指出了Nomoto模型的适用范围,并给出了小型及快速船舶的Nomoto模型参数的修正方案。     

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。     

基于指数函数非线性反馈的船舶航向保持控制

为研究船舶航向保持控制问题,本文以“育鹏”轮为研究对象,建立了其非线性Nomoto船舶模型,设计了基于闭环增益成形算法的指数函数非线性反馈控制器,并以“育鹏”轮的非线性模型为被控制对象,用Matlab的Simulink工具箱进行系统仿真研究。系统仿真结果表明,建立的非线性Nomoto数学模型精度良好,设计的控制器进行船舶航向保持控制时效果优异,并且更节能。使用这种方法设计的控制器,可以很好地进行船舶航向保持控制,对今后的船舶运动仿真和控制器的设计具有重要意义。     

一种基于扩展状态观测器的智能船舶Nomoto模型参数辨识方法北大核心CSCD

[目的]为了支持制导、导航、控制等船舶智能化技术的测试验证平台的搭建,利用系统辨识技术得到高精度的智能船舶野本(Nomoto)运动模型参数。[方法]充分结合扩展状态观测器(ESO)以及鲁棒加权最小二乘支持向量回归(RW-LSSVR)算法的优势,提出一种高效低成本的混合参数辨识方法。为解决模型参数辨识中无法直接有效获取某些状态量的问题,构建了基于ESO的状态估计方法。基于估计方法与直接测量的船舶运动状态量,采用具有较强抗异常值干扰的RW-LSSVR对智能船舶二阶线性Nomoto运动模型参数进行辨识。以已知模型的两艘船舶为测验对象,对所提参数估计与辨识方法进行综合测验。[结果]在利用较少传感器的情况下,通过ESO可较精确地估计出非直接测量的船舶运动状态量,并且利用RW-LSSVR辨识得到的参数值十分接近标准值。[结论]利用所提方法获得的估计状态可用于参数辨识,并且辨识模型具有较好的泛化性。     

基于特征模型的船舶运动数学模型

为了获得形式简洁而精度较高的船舶运动数学模型,将航空航天领域的特征模型移植到航海领域.利用部分实船试验数据辨识出特征模型的参数,通过船舶Z形试验验证了在航海领域使用特征模型的可行性.该精度稍高于目前使用的Nomoto模型,且保留了其简洁的形式.     

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。     

一种FLC-PID混合控制自动舵研究

提出将FLC与PID控制算法结合起来构成FLC—PID混合控制器,设计出一种船舶航向FLC—PID混合控制自动舵系统。以野本模型（Nomoto）作为船舶运动控制系统的受控对象,分别讨论了确定模型和在外界干扰下的不确定模型,根据大连海事大学实习船“育龙”号的资料建立了船舶运动模型,仿真试验结果表明FLC-PID混合控制自动舵比单一PID型自动舵具有超调小、响应快的动静态性,并针对船舶模型的摄动具有一定的鲁棒性。     

船舶航行自抗扰控制器的仿真研究

文章选取带有非线性舵机特性的Nomoto模型作为仿真研究对象。采用经自适应差分算法离线优化过的自抗扰控制器作为船舶航行控制器。仿真结果表明,船舶航行自抗扰控制器在大负载变化和风、浪、流等外界强干扰情况下,具有良好的性能鲁棒性和动态调节能力。     

基于改进LSSVM的船舶操纵运动模型在线参数辨识方法

为实现船舶操纵性的在线预报及自适应运动控制,针对Nomoto二阶非线性运动模型参数辨识问题,将最小二乘支持向量机(least squares support vector machines,LSSVM)与多新息方法相结合,提出一种新的多新息在线LSSVM辨识建模方法。试验结果表明,使用所提出的算法辨识的模型进行预报的拟合误差可达到4.76%以下,能准确拟合船舶操纵运动模型。     

乌江航道千吨级船舶K、T指数计算方法

为得到乌江航道千吨级标准船型的K、T指数计算经验公式，基于乌江航道和乌江千吨级船舶特点，提出适应于该船型的船舶操纵运动数学模型研讨小组（Ship Maneuvering Mathematical Model Group，MMG）模型，利用船模试验资料验证模型的准确性。利用该模型对一系列千吨级船舶进行模拟仿真，得到Z形操舵运动曲线，并使用野本法得到该系列船舶的无因次化K、T指数。将所得结果作为样本库，利用交叉二次回归方法，计算得到适应于乌江千吨级船舶的无因次化K、T指数计算的经验公式。在此基础上使用3条实船的试验数据验证所提经验公式的精确性。     

精确反馈线性化在船舶航向保持器上的应用

现有的船舶航向保持器的设计大都采用Nomoto线性模型，而忽略了船舶操纵运动的非线性因素，因此航向控制的精度比较低。选择状态反馈精确线性化方法，将响应型船舶运动的非线性数学模型进行线性化，再利用基于闭环增益成形算法的鲁棒控制器进行控制，然后在Maflab的Simulink下进行系统仿真，仿真结果表明，所设计的基于闭环增益成形算法的控制器比基于LQR的控制器具有更好的控制能力。     

基于CFD的内河船深浅水中操纵性预报

由于岸壁效应和浅水效应,内河船舶在限制水域作操纵运动时通常受到比在开阔水域中更大的水动力.这些水动力对船舶操纵性具有不利影响,有可能导致船舶碰撞或触底等海上事故.因此,为了在船舶设计阶段预报其操纵性能,考虑浅水效应和岸壁效应以准确计算内河船舶操纵运动水动力非常重要.本文基于CFD方法,通过对粘性绕流进行数值模拟,对长江中营运的三艘内河船舶的操纵运动水动力进行计算.首先,为了验证数值方法的可靠性,对标模KVLCC2纯横荡和纯首摇试验的水动力进行计算,并将计算结果与现有的试验数据进行对比.然后,对三艘内河船舶在不同水深下的静舵试验、纯横荡和纯首摇试验进行数值模拟,计算得到水动力及相应的线性水动力导数.最后,基于计算得到的水动力导数,获得Nomoto模型中的操纵性参数,对比分析三艘内河船舶在深浅水中的操纵性能.结果表明,本文方法可以揭示不同水深下三艘内河船舶的操纵性变化趋势.该方法可为船舶设计阶段内河船舶深浅水中的操纵性预报提供一种实用的工具.     

第五代集装箱船在黄浦江内掉头

第五代集装箱船来上海港面临的最大困难是在黄浦江内掉头。作者收集了第五代集装箱船的有关资料，结合黄浦江掉头区地理环境、风流影响、拖轮配置及掉头方式、掉头时机选择等。通过计算机模拟试验，经多次拟合，取得了不同条件下组合的操作要令。结合实际操纵，取得成功。本文将理论与实际操作结合，对港内操纵超大型船舶掉头提供了参考依据。     

吊舱推进与传统推进船舶操纵性能对比分析

吊舱推进器因具有提高船舶推进效率及操纵灵活等特点而越来越受到人们的重视。为深入研究吊舱推进船舶的操纵性能,文章对某深水铺管起重船进行了吊舱推进操纵和舵操纵两种方式下的操纵性模型对比试验,试验结果表明,吊舱推进操纵船舶的回转运动性能及应舵性能要大大优于舵操纵船舶,而纠向和保持航向能力两者相当;同时,文中对吊舱推进船舶的操纵性能进行了分析,可为实船操作提供一定的参考。     

基于输入状态线性化的船舶航迹系统鲁棒控制及仿真

本文将Hoo环增益成形鲁棒控制与输入状态精确反馈线性化结合,针对船舶航迹控制系统的非线性数学模型,采用Nomoto船舶模型,给出了一种鲁棒控制器的设计方法。这种算法是对船舶航迹非线性系统进行输入一状态线性化的基础上,然后与闭环增益成形算法相结合而设计出来的控制律。以某船为对象,利用Matlab／Simulink工具箱对新的控制器进行数值仿真,结果表明该控制规律有比较理想的控制效果,在加入扰动后,该控制器能使船舶行驶在预设航迹上,对外界风浪干扰有较强的鲁棒性。     

模拟退火算法在船舶转向避碰幅度决策中的应用

在船舶避碰决策过程中,转向避碰是采用频率最高的一种避碰方法。为了求得本船与多船会遇情况下的最优转向避碰幅度,应用模拟退火算法将本船与多船间的转向避碰幅度问题视作一类多目标函数优化问题,从而在可行解空间中求出满足目标函数和约束条件的最优转向避碰幅度解。仿真结果表明,上述方法不仅有助于求出多船会遇情况下的本船最优转向角度值,而且也有助于多船避碰决策系统的智能化设计与开发。     

基于船舶操纵性的最后避让距离数学模型

在几何避碰数学模型中加入船舶转向延时及延时中两船位置关系的变化,并省去有关会遇几何关系的假设,给出两船任意初始状态下,转向完成时目标船DCPA、TCPA的预算模型。安全避让条件是关于DCPA、TCPA的不等式组,其解是开始避让距离d与转向角度ΔC的平面域,解域中d的最小值即对应最后避让距离,且对应一特定转向角度值。此模型对船舶避碰时机决策具有实用价值。     

船型标准化率对三峡船闸实际通过能力的影响

推进船型标准化是提高三峡船闸实际通过能力的有效途径之一。为定量研究船型标准化程度对船闸实际通过能力的提升效果,在研究三峡库区船舶过闸流程的基础上采用系统仿真方法构建三峡库区船舶过闸仿真模型,模拟不同船型标准化率下三峡船闸的实际通过能力。仿真试验结果表明:仿真模型可以真实地反映三峡库区船舶过闸情况;船型标准化率达到90%以上时,标准船型对提升船闸运行效率的优势凸显。相比于对船闸实际通过能力的提升,船型标准化率的提高对船舶过闸服务质量的改善更为显著。