不依靠模型自适应控制的船舶自动舵

船舶运动控制具有较强的非线性、不确定性、大惯性,大滞后和慢时变特性,加上在航行过程中存在的干扰和噪声,使得航迹控制变得非常复杂,运用常规的PID算法难以达到期望的控制效果,不可能根据船舶动态特性和海况变化实现其参数的自动整定,总是偏离其最佳工作状态.文章首次在船舶运动控制中使用自适应神经网络MFA控制器,减少航迹波动幅度和次数,减小船舶航行时附加阻力.仿真结果表明MFA自动舵具有快速性、鲁棒性和稳定性的优点.     

智能学习算法在航迹控制系统中的应用

为保证船舶按照既定的航线航行,船舶轨迹控制至关重要。为此提出神经PID智能算法,并应用在航迹控制系统中。建立干扰因素下的船舶运动控制数学模型,对此基础上,以PID算法为核心,利用BP神经网络算法进行改进,解决PID算法在解决复杂时变非线性问题效果较差的问题。结果表明,在环境因素干扰下,所研究的神经PID智能算法应用下,船舶航行轨迹跟踪误差要小于3种前人研究方法,证明其应用效果。     

船舶直线航行控制方案研究

随着船舶向着高速化、大型化和自动化方向发展,世界航运业进一步繁荣,同时也造成了海上交通密集和拥堵现象。为了提高船舶的航行安全,降低船舶操纵人员的劳动强度以及减少油耗,必须对船舶的航向和航迹进行精确控制。本文基于滑模控制理论和自抗扰控制技术,设计一种非线性船舶航向控制器,并研究船舶直线航行的控制方案。     

基于神经网络算法的船舶间距快速预测

保证船舶航行的畅通性是船舶海上交通智能化发展的关键。本文利用BP神经网络自适应能力强、自组织学习等优点进行船舶间距快速预测,通过船舶间距预测可以提高海上交通信号控制的效率,保证船舶航行的稳定性和安全性,最后的实验结果表明本文算法误差小,可靠性高。     

基于多模态快速非奇异终端滑模的船舶航迹跟踪自抗扰控制

为解决欠驱动船舶航迹直线和曲线跟踪控制问题,设计基于多模态快速非奇异终端滑模(Fast Nonsingular Terminal Sliding Mode,FNTSM)的自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)。引入ADRC技术,利用跟踪微分器快速提取跟踪期望信号的微分信号,通过可在线性与非线性之间切换的扩张状态观测器实时估计船舶外部和内部的总干扰;将根据多模态思想设计的非奇异终端滑模和一种新型双幂次趋近律引入状态误差反馈环节中,设计基于多模态FNTSM的ADRC控制律,在保证ADRC优点的同时,提高收敛速度和稳态跟踪精度;构造期望艏向角方程,将航迹控制问题转化为易于实现的航向控制问题。Simulink仿真结果表明:利用该控制器的船舶能快速、准确地跟踪期望直线和曲线航迹,说明其具有优良的控制品质。     

基于自抗扰控制器的船舶电动舵机控制系统设计

针对经典PID控制无法满足船舶电动舵机系统指标要求的问题,设计一种基于自抗扰控制器的控制算法。分析了船舶电动舵机的数学模型。针对舵机控制对象设计二阶自抗扰控制器,建立基于自抗扰控制器的舵机控制系统。利用Matlab对舵机带负载工作进行仿真,对文中所提出自抗扰舵机控制器与经典PID舵机控制器进行对比分析。结果表明,文中所提出的自抗扰船舶电动舵机控制器能够满足舵机在负载大范围变化以及存在外界干扰时所需的响应速度,并有效改善动静态特性,抗干扰能力强,鲁棒性好,控制效果优于经典PID舵机控制器。     

基于PID算法的船舶航迹自动控制方法

由于当前船舶航行环境日益复杂易造成船舶航迹偏离等问题,一旦船舶偏离航行易造成严重的安全问题,因此对船舶航迹进行精准控制的要求也越来越困高。由于传统方法缺失自动校正航线等功能,对船舶航迹进行控制仍存在延时、误差等问题,不利于船舶进行准确航行。为了实现船舶航迹自动控制的功能,结合PID神经网络算法对船舶航迹控系统进行优化,基于模糊算法对船舶航行参数进行控制和调整,以便提高船舶沿航线进行准确航行,同时在船舶偏离航线时及时进行检测和校正保持船舶沿标准航迹航行。为检验该方法的有效性,进行了仿真实验,实验结果证明基于PID算法的传播航迹自动控制方法有利于准确保障航迹,自动对船舶航行数据进行分析和矫正,保持船舶控制系统的良好性能。对我国航海战舰控制航迹有一定的指导意义。     

基于自抗扰的双桨单舵水面无人艇航行控制

根据双桨单舵驱动水面无人艇的运动特点,针对正常驱动及单桨故障的状态,给出了一种基于增量式比例-积分-微分(proportion-integral-differential,PID)控制器和自抗扰控制算法的水面无人艇航行控制方案。该方法在双桨单舵正常状态下采用自抗扰控制方法,在故障状态下采用增量式PID方法获取平衡舵角,并配合自抗扰方法实现对水面无人艇航行控制。仿真结果表明:在风浪干扰情况下自抗扰控制方法较PID控制方法超调小、抗干扰能力更强。实艇水面测试结果表明:增量式PID与自抗扰相结合的控制方案在单侧螺旋桨出现故障情况下,能保持无人艇目标航向,且具有较好控制效果,能够满足双桨单舵驱动水面无人艇的航行控制要求。     

新能源船舶路径跟踪自抗扰控制方法

新能源船舶运动路径控制属于欠驱动控制,传统PID控制动态性能较差,无法适应新能源船舶运动中遇到的扰动问题。本文在对新能源船舶进行运动分析的基础上,提出一种新能源船舶路径跟踪自抗扰控制器的设计方案,该路径跟踪自抗扰控制器包括舵角自抗扰控制器、扩张状态观测器和跟踪微分器等,对舵角自抗扰控制器、扩张状态观测器和跟踪微分器进行了详细设计,使用Matlab对新能源船舶自抗扰控制进行了仿真,得到了轨迹跟踪、首向角变化以及速度变化的仿真结果。仿真结果表明,设计的控制器能够对设定轨迹进行跟随,具有较好的稳定性。     

基于快速终端滑模自抗扰的船舶曲线航迹跟踪控制

针对欠驱动船舶的曲线航迹跟踪问题,首先采用自抗扰控制技术,通过扩张状态观测器实时估计和补偿系统的内部和外界扰动,将非线性快速终端滑模引入误差反馈控制环节,并采用幂指数趋近律,设计出快速终端滑模-自抗扰控制律,提高系统的收敛速度和误差跟踪精度,减小系统的抖振;然后对野本船舶模型简化变形,构造降维方程,将航迹跟踪问题转化为航向镇定问题。Simulink仿真结果表明,控制器能够实现船舶对期望曲线航迹的快速、精确跟踪,具有良好控制效果。