基于海浪干扰滤波器的UUV近水面深度控制

针对UUV在近水面航行过程中海浪波动对深度计测量造成较大干扰进而影响深度控制效果的问题,设计一种带有海浪干扰滤波器的UUV深度控制方法。分析UUV海试中深度控制性能,选取合适的参数设计海浪干扰滤波器并验证了其滤波效果。考虑到PID控制器参数选择难的问题,采用遗传算法对其控制参数实现在线自整定。最后将实时海浪加入到UUV深度控制系统进行仿真实验,并将仿真结果与海试数据对比,结果表明本文提出的方法可有效的抑制海浪干扰,改善UUV近水面深度控制效果,具有一定的工程实际意义。     

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。     

船舶减摇鳍系统H~∞控制器设计

利用Ｈ∞控制理论对船舶减摇鳍横摇姿态控制系统进行了混合灵敏度设计,并针对船舶减摇鳍系统的特殊性,解决了Ｈ∞控制器设计中与该系统不匹配的有关问题。另外,还提出了一种新的权函数的选择方法用以解决Ｈ∞控制器设计中存在的和对象的频带几乎一致的随机海浪干扰抑制问题。     

船舶力控减摇鳍系统建模与仿真

针对海浪的随机干扰、船舶模型的不确定性和控制器输出约束，采用升力反馈控制的全新方法，建立系统数学模型，运用H∞控制理论考虑混合灵敏度S／KS问题设计了控制器，对混合灵敏度S／KS问题模型、权函数的选择等问题进行了研究，同时结合具有实船，利用MFC和OpenGL三维图形库，建立了在微机上实现交互式实时控制、同时显示直观的实时多媒体动画的力控减摇鳍仿真系统，给出了仿真结果，并对仿真结果进行了分析     

一种具有鲁棒性的海浪干扰滤波器

海浪干扰对船舶的航向输出具有很大的影响,而运用海浪滤波器可以有效地消除海浪干扰,提高船舶的控制品质.本文系统地研究了H∞滤波技术及其在海浪干扰处理中的应用,设计出了具有较强鲁棒性的海浪干扰滤波器,并通过MATLAB软件中的仿真工具Simulink对该滤波器进行了仿真研究.通过分析仿真结果可知,H∞滤波器的滤波效果比较稳定,估计精度较高,能够有效地减小打舵的幅值和次数,达到节能的目的.总的来说,设计的H∞海浪滤波器能够有效地消除海浪干扰,并具有较强的鲁棒性.     

基于灰色理论的海浪实时预报

在气垫船高速行进过程中,由于其自身的特点,对其运动参数进行精确控制时,需要对海浪进行实时预报,以减小滤波的滞后.文中基于ITTC双参数谱对海浪数据进行了仿真,并将灰色GM(1,1)模型用于海浪信号的实时预报.针对海浪数据的特殊性,提出一种新型的数据预处理方法.预报结果可知,经过镜像数据预处理后,灰色GM(1,1)模型完全可以对海浪数据进行实时预报,其精度满足实际工程需要.     

海浪干扰对船舶航向影响规律研究

在现有海浪研究的基础上,以国际电工委员会制定的航迹控制系统性能标准(IEC)62065提供的舰船运动模型为基础,模拟分析不同等级海况,不同类型船舶,不同航行条件下的航向角变化情况,证明了航向角在海浪干扰下的变化存在周期性,并总结出吨位、速度等对航向角变化的影响规律。为研究海浪干扰条件下的船舶操纵规律,优化操舵控制打下基础。     

基于Vega的虚拟海洋视景仿真研究

虚拟海洋视景仿真系统足虚拟现实技术在军事领域中的应用.由于海浪运动的随机性,虚拟海洋的计算机生成成为视景仿真领域的研究难点.文中详细讨论了两种海浪模型,重点研究Vega中海浪原理和海洋模块的计算机实现,基于Vega软件生成海浪.从效果图中可以看出,模拟的海浪效果比较好,能够满足实际应用的需求.     

船舶动力定位海浪环境的实时仿真与海浪谱分析

提出一种根据随机海浪频谱来实时模拟随机海浪的方法，它可以用于研究动力定位船舶及其控制系统在不同海况时的性能，该方法可以采用多种海浪谱来进行海浪的仿真，仿真结构利用了快速傅立叶变换FFT（Fast Fourier Transform)进行频谱分析，仿真程序可用于实际的动力定位船舶系统。     

海浪建模方法综述

海浪建模作为海浪模拟的重要组成部分,直接影响海浪模拟的逼真度和效率。侧重于虚拟现实和海面回波仿真的角度对海浪建模进行综述。介绍了海浪的形成过程;详细总结了海浪建模的主要方法及其优缺点;并对今后海浪建模技术的研究重点进行了预测。     

基于扩张状态观测器的小水线面双体船终端滑模控制

针对小水线面双体(SWATH)船运动控制问题,设计了带有扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)的终端滑模控制器。首先,针对SWATH船在随机海浪作用下的运动问题,建立了带有系统复合扰动的非线性运动模型;进而,考虑到系统存在的参数摄动和海浪扰动的复杂性、随机性,将系统分为内环观测器和外环控制器分别设计;利用一个线性ESO对系统的复合扰动进行估计,并在外环终端滑模控制器中进行补偿;最后,利用Lyapunov理论得到了系统的渐进稳定结论。仿真结果表明,带有ESO的终端滑模控制方法能够有效实现SWATH船的运动控制,线性ESO能够准确估计出系统的复合扰动,且终端滑模控制器能够使系统状态快速收敛。     

Robust autopilot with wave filter for ship steering

Research was done to overcome traditional problems associated with automatic steering systems of a ship in a seaway. A ship＇ s dynamic model with wave disturbances was built and a wave filter was designed by means of an extended states observer （ESO）. The model estimated the low frequency motion component from a heading measurement corrupted by colorednoise, so back-and-forth steering caused by high frequency wave disturbances was avoided. At the same time, a robust autopilot system, designed by variable structure control theory, was presented. Simulation results achieved in dangerous sea status show that the wave filter works very well and the autopilot has strong robustness to environmental disturbances and model perturbation, and more importantly, the frequency of rudder adjustments is reduced noticeably.     

水下自航模型无线长波遥控系统

为开展水下自航模型空间运动操纵试验研究，研制了一套水下自航模型无线长波遥控系统。该系统克服了以往采用水声方式操纵实时性较差和短波无线遥控需拖一浮球的缺点，应用短波遥控技术，在短波通道中插入一段长波通道以完成信号的水下传输。本文介绍了整套系统的工作原理、组成和特点。     

基于广义预测控制的船舶动力定位约束控制

鉴于广义预测控制(GPC)方法能用同一方式处理设备和安全约束,且具有较强的抗扰动能力,提出了一种基于GPC的船舶动力定位约束控制器设计方法。运用前馈控制器克服风力扰动的影响,且所产生的前馈量被用来实时修正推力约束,在修正后的推力约束下滚动优化GPC。对承受风、浪、流扰动的某供应船,采用提出的方法设计控制器,并进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的控制器抗扰动能力较强,能完成对船舶的动力定位约束控制。     

基于扰动观测器的船舶动力定位反步控制

针对船舶动力定位系统模型受到风浪流等环境未知有界扰动的问题，提出一种基于干扰估计补偿的反步控制算法。首先基于滑模面有限时间收敛特点设计干扰观测器，在有限时间内实现对未知有界干扰的估计，并采用一阶低通滤波器连续化干扰观测器估计值，减少抖振；然后基于干扰观测器设计船舶动力定位反步控制器，并应用Lyapunov函数证明了所设计的控制器使船舶的位置和航向收敛于期望值。最后通过铺缆船仿真结果表明所设计控制器具有较好的控制性能，对系统的有界干扰具有良好的鲁棒性。     

基于ADRC的船舶主机控制器设计与仿真研究

船舶主机速度控制系统由于具有典型的非线性和不确定性特性,并受到调速器执行能力的约束以及风、浪、流等的干扰,使得主机速度控制器的设计非常困难。该文给出了带有船舶主机速度控制非线性数学模型以及海浪扰动数学模型,对自抗扰控制(ADRC)原理进行了简要介绍;设计了船舶主机ADRC控制器。仿真结果表明:该控制器对于船舶主机的非线性、参数不确定性、环境不确定性以及控制对象的模型变化均有较强的鲁棒性;速度切换控制过程快速、平滑,油门调整小,可以实现高精度的速度控制。     

基于Bech模型的船舶航向自抗扰控制器设计与仿真

基于船舶非线性Bech模型提出了一种新型船舶航向控制器——高阶自抗抗控制器(ADRC),该控制器主要由三阶TD、四阶ESO和非线性状态误差反馈(NLSEF)三部分组成.设计扩张状态观测器时,采用二阶TD的滤波功能对系统输出进行噪声滤波,并用其滤波值来建立扩张状态观测器.通过航向改变、参数摄动、外界干扰的仿真试验表明,自抗扰控制器控制效果良好,具有较强的鲁棒性.     

参数不确定及有扰动的情况下欠驱动遥控无人潜水器鲁棒性建模、滑模控制及仿真研究（英文）

A dynamic model of a remotely operated vehicle(ROV) is developed. The hydrodynamic damping coefficients are estimated using a semi-predictive approach and computational fluid dynamic software ANSYS-CFX~(?) and WAMIT~(?). A sliding-mode controller(SMC) is then designed for the ROV model. The controller is subsequently robustified against modeling uncertainties,disturbances, and measurement errors. It is shown that when the system is subjected to bounded uncertainties, the SMC will preserve stability and tracking response. The paper ends with simulation results for a variety of conditions such as disturbances and parametric uncertainties.     

不规则波在斜坡地形破碎区波高分布的数值试验研究

在近岸浅水波浪分布的研究中,格鲁霍夫斯基给出适用于深水波至破碎波的整个浅水域(相对水深η>2)的波高经验分布公式,但该式在波浪发生破碎后的适用性研究欠缺。基于FLOW-3D软件对深水不规则波传播到斜坡地形上波浪发生破碎进行模拟,验证波高沿程分布与试验值的一致性,并模拟在130斜坡地形条件下波浪从有限水深传播到近岸破碎区的沿程波高分布变化。结果表明,在该坡度相对水深η<2.75情况下,格鲁霍夫斯基经验分布公式出现较大误差,不再适用;破碎区各累积率波高与平均波高的比值随相对水深变小呈递减趋势,经验公式值与之相比,总体上呈现出大波偏大、小波偏小的情况。     

Fast Ferry Smoothing Motion via Intelligent PD Controller

A novel type of control law was adopted to reduce the vertical acceleration of a fast ferry as well as the motion sickness incidence suffered by the passengers onboard by means of a submerged T-foil. Considering the system changing characteristics under high disturbances, a model-free approach was adopted. In addition, an upgraded proportional-derivative (PD) controller with correction terms resulting from a fast-online estimation of the system dynamics was designed. The overall controller, known as intelligent PD (i-PD) controller, was tested, and the obtained results were compared with those of a classic PD controller. The controllers were also tested in a changing environment and at different operating velocities. The results confirmed the effectiveness of the i-PD controller to smooth the motions with low computational cost control schemes. Furthermore, thanks to ability of the i-PD controller to continually update the estimated dynamics of the system, it showed a better reduction in both vertical motions and the seasickness level of the passengers with the needed robustness under external disturbances and system changing parameters.