大型船舶自动舵系统精准智能航向控制研究

为保持船舶在指定轨迹上航行,目前使用最为广泛的技术是船舶航向自动舵控制系统。基于航行安全和节约成本的考虑,船舶航行对自动舵的精确度提出了越来越高的要求。目前,通常采用船舶操纵运动模型研究船舶自动舵控制系统。通过分析船舶运动及其受到干扰力作用的情况,建立船舶控制系统数学模型。本文结合PID控制、模糊控制和粒子群算法,分析研究船舶航向自动舵控制系统。     

简易船舶自动舵模拟实验平台的设计

为检测实船环境中自动舵的性能,设计简易船舶自动舵模拟实验平台,包括模拟舵机系统和模拟船体系统,解决了实验室环境下自动舵因缺少真实舵角反馈信号和真实航向反馈信号而无法正常运转的问题.     

一种采用模糊控制的舵减摇系统的仿真研究

本文将模糊控制理论应用于船舶操纵及横摇运动控制，建立了舵用于操纵及减横摇的数学模型，开发了舵减摇模糊控制计算机仿真系统。仿真结果表明，在定常风或海流作用下，利用舵来保持船舶的船向，位置及减小船舶横摇都是非常有效的。     

微机控制的船舶自适应操纵研究

本文在阐述了自适应理论应用于船舶操纵领域的应用以后，结合自己的观点设计了一自校正自适应自动操纵舵系统，并对如何用微型计算机实现进行了探讨，最终由实船海试结果表明该系统具有良好的操纵性。本文最后对自适应操纵的将来发展趋势亦进行了探讨。     

基于BP神经网络的PID船舶自动舵

船舶操纵的模型具有非线性,慢时变特性,传统船舶自动舵的性能不能令人满意。基于传统PID自动舵的基础上,把传统PID与BP神经网络结合起来,利用BP神经网络的自学习能力实现PID控制参数的在线整定,构成一种新型的船舶航向自动舵。分无干扰和在风,流,浪干扰两种情况进行MATLAB仿真,来说明这种船舶航向控制自动舵的优越性。     

船舶在风、流环境下的操纵性数字模型

系统地论述船舶操纵仿真数学模型及计算机模拟,并以MMG操纵运动数学模型及相关的系列实验结果为基础,建立单(双)桨方形舵(流线型舵、单板舵)运输船舶的基本模型,以及在水动力、螺旋桨推力、舵力及其力矩、静水、风、流中的操纵运动模型,导出该模型的无因次化方程组,选择欧拉积分法,积分求解该方程组。利用VB程序模拟了船舶回转运动,其计算结果基本符合实际情况,最后对结果进行了分析。     

CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动

[目的]船舶回转操纵运动能够反映出船舶的回转特性,与船舶的航行安全密切相关。[方法]为此,采用基于重叠网格技术的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对标准船模ONRT在波浪中自由回转操纵运动进行直接数值模拟。运用动态重叠网格技术求解船、桨、舵系统复杂运动,计算中,螺旋桨转速对应于静水中的船模自航点进行35°转舵,实现自由回转船舶操纵运动。通过全粘性流场的整体求解,给出波浪中自由回转操纵运动中船舶六自由度运动、螺旋桨和舵的水动力载荷变化,以及波浪中船舶的回转圈特征参数,并与同试验结果进行对比。通过数值计算得到精细的流场信息,分析波浪对船舶自由回转操纵运动的影响。[结果]数值预报得到的船舶运动轨迹、回转圈参数与试验值吻合较好,证明naoe-FOAM-SJTU求解器对于波浪中船—桨—舵相互作用下的船舶自由回转操纵运动数值预报的适用性和可靠性。[结论]船舶回转操纵运动的数值模拟,可为回转性能的评估提供有效的前期评估手段。     

新型船舶推进操纵系统的研制

野村公司研制了一种新型的船舶推进操纵系统,应用这种系统可以自由而可靠地使船舶离靠岸、进行海难救助时的快速操纵、停船时的横移和原地回转以及低速移动。这种装置如图所示,在船底的前后部各安装一台导管舵桨(具有推进螺旋桨的舵),用图中所示的操舵用     

BP神经网络和PID船舶自动舵控制方法

船舶自动舵控制十分复杂,再加其它因素的干扰,使得单一神经网络或者PID控制无法对船舶自动舵进行高精度控制,而且船舶自动舵控制速度慢,为了改善船舶自动舵控制效果,利用BP神经网络和PID控制的优点,设计了BP神经网络和PID相融合的船舶自动舵控制方法。首先分析船舶自动舵控制原理,然后初始化PID参数的范围,并采用BP神经网络获取PID控制器的3个参数最优值,从而实现船舶自动舵控制,最后在Matlab平台实现了的船舶自动舵控制仿真模拟实验。结果表明,本文方法可以对船舶自动舵变化趋势进行很好的跟踪和控制,获得了高精度的船舶自动舵控制结果,而且船舶自动舵控制速度快,能够适合船舶自动舵的实时性变化特性,具有较强的抗干扰能力,具有一定的推广价值。     

船体与舵相互作用的计算研究

精确估算作用于船体上的流体动力，分析船体与螺旋浆和舵之间的相互作用，均是建立船舶操纵性数字模型所必需的。将船舶研究开发的纳维尔－斯托克斯海王星程序，扩展应用到计算操纵性能中船秘舵周围的水动力上。通过计算值与测试值的比较，概要介绍了数值法。由于船体与舵之间的流体动力及相互作用，二者在模拟与测试结果方面非常一致，因而证明本方法可以运用于实际设计。     

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。     

一种新型自动舵控制策略研究

本文基于预测控制的基本思想,利用神经网络技术,提出了一种新型自动舵控制策略。仿真结果表明了其优良性能。     

基于X-LMS自适应逆控制理论的船舶自动舵研究

本文分析了自适应逆控制理论和X—滤波LMS自适应逆控制算法，并针对船舶自动舵特点，用修正传递函数的方式来稳定船舶操纵模型，使用LMS算法对船舶进行模型参数辩识和控制器的设计。仿真结果表明，与PID控制相比，X—滤波LMS自适应逆控制算法具有动态响应快，抗扰动性好等特点。     

船舶操纵运动仿真中船舶碰岸检测研究

建立船舶操纵运动数学模型,计算确定相邻的岸线线段和船舶轮廓线线段之间的凹凸关系,提出船舶操纵运动仿真中船舶碰岸检测算法,并对检测到的碰岸情况进行时间步长调整。编制了计算程序,对于船舶轮廓线端点位于岸线内侧和岸线端点位于船舶内部两种船舶碰岸情况进行了碰岸检测仿真试验,试验结果良好,很好地避免了在船舶操纵运动仿真中出现船舶冲上码头或者岸滩的现象。     

基于鲁棒模糊控制的船舶转向及航向保持

为更好的满足船舶转向和航向保持对自动舵系统的不同要求,首先基于一阶闭环增益成形算法对船舶转 向过程分三段进行控制器设计,在自适应模糊推理系统(ANFIS)离线模型辨识正确的前提下得到每个控制器的模糊隶属度函数,然后对三个控制器的输出进行T-S模糊综合.以实习船"育龙"轮的非线性响应模型为控制对象,考虑不同的干扰和模型摄...     

用naoe-FOAM-SJTU求解器数值模拟船舶在波浪上的操纵运动问题（英文）

Ship maneuvering in waves includes the performance of ship resistance, seakeeping, propulsion, and maneuverability. It is a complex hydrodynamic problem with the interaction of many factors. With the purpose of directly predicting the behavior of ship maneuvering in waves, a CFD solver named naoe-FOAM-SJTU is developed by the Computational Marine Hydrodynamics Lab(CMHL) in Shanghai Jiao Tong University. The solver is based on open source platform OpenFOAM and has introduced dynamic overset grid technology to handle complex ship hull-propeller-rudder motion system. Maneuvering control module based on feedback control mechanism is also developed to accurately simulate corresponding motion behavior of free running ship maneuver. Inlet boundary wavemaker and relaxation zone technique is used to generate desired waves. Based on the developed modules, unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) computations are carried out for several validation cases of free running ship maneuver in waves including zigzag, turning circle, and course keeping maneuvers. The simulation results are compared with available benchmark data. Ship motions, trajectories, and other maneuvering parameters are consistent with available experimental data, which indicate that the present solver can be suitable and reliable in predicting the performance of ship maneuvering in waves. Flow visualizations, such as free surface elevation, wake flow, vortical structures, are presented to explain the hydrodynamic performance of ship maneuvering in waves. Large flow separation can be observed around propellers and rudders. It is concluded that RANS approach is not accurate enough for predicting ship maneuvering in waves with large flow separations and detached eddy simulation(DES) or large eddy simulation(LES) computations are required to improve the prediction accuracy.     

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。     

基于"当前"统计模型的机动目标运动要素解算

在避碰过程中,舰船一般处于机动状态.因而,对机动目标运动要素解算的精度直接影响到避碰的效果.通过对多种模型的比较,选用了"当前"统计模型,"当前"统计模型相对于其他模型能够更为真实地反映目标的机动变化.仿真结果表明,此算法收敛迅速并有较高精度,其解算所得的目标运动要素能够满足舰船避碰等实用要求.     

深水铺管起重船驾驶模拟系统设计与实现

基于实时仿真软件Vega Prime和仪表仿真软件GL Studio开发深水铺管起重船驾驶模拟系统,通过分析深水铺管起重船驾驶特点,对驾驶模拟系统进行了总体及分系统功能设计,建立了风浪中船舶运动数学模型,逼真模拟深水铺管起重船驾控设备仪表和航行环境,实现了船舶驾驶模拟训练功能,达到了深水铺管起重船驾驶人员的桌面级驾驶培训要求。     

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。