船舶减横摇系统FC-PID并联控制研究

基于船舶横摇运动非线性模型,设计了一种船舶减横摇FC-PID并联控制器.该控制器由Fuzzy Control和PID并联组成,其结构简单,易于工程实现.通过合理的设计模糊隶属度函数和PID输出限幅环节,实现自动无级切换控制,使船舶减横摇系统的鲁棒性能和控制精度均得到有效改善.仿真结果表明,在高海情下,基于FC-PID并联控制的船舶减横摇系统具有良好的减摇效果,并且鳍角饱和率和鳍伺服系统的功耗也得到显著降低.     

减摇鳍PID控制器参数的修正

为了克服现有减摇鳍系统PID控制器参数选择难的问题,提出了用实际海试结果修正减摇鳍系统PID控制器参数的方法;通过对某船实际海试结果的分析和仿真,修正了设计阶段得到的PID控制器参数,从而极大地改善了系统的减摇效果;在减摇鳍PID控制器设计中,船舶固有横摇周期T对参数选定影响大,而无因次横摇阻尼ξ的影响较小,因此控制器参数调节应以船舶固有横摇周期的变化为主.     

减摇鳍变参数最优控制器及其设计

为了减小船舶横摇运动参数、船舶航向和海浪扰动的变化对减摇鳍性能的影响,减摇鳍PID控制器的参数k_1、k_2和k_3应随之变化。文章提出了变参数PID控制器的原理,在此基础上提出了一种变参数最优PID控制器的设计方案,并对此设计方案进行了计算机仿真。仿真结果表明了当船舶自然横摇周期和无因次横摇衰减系数变化时,在各种浪向下,具有变参数最优PID控制器的减摇鳍都有很好的减摇效果。     

基于模糊理论的船舶减摇鳍控制系统研究

以船舶减摇鳍控制系统作为研究对象,应用模糊控制理论提出一种基于Fuzzy推理的模糊控制器并完成模糊控制器的理论实现。基于船舶横摇运动的线性方程对不同浪向下的船舶横摇运动进行了系统仿真。仿真结果表明,与常规PID控制相比,基于Fuzzy推理的模糊控制器具有更好的控制效果和更强的鲁棒性。     

滑模变结构理论在船舶减摇鳍中的应用

以船舶减摇鳍控制系统为研究对象,将滑模变结构理论应用于船舶减摇鳍控制系统,提出一种减摇鳍滑模变结构控制器并完成该控制器的理论实现;基于船舶横摇运动的线性方程,对不同浪向下的船舶横摇运动进行系统仿真。结果表明:与常规PID控制相比,滑模变结构控制器具有更好的控制效果和更强的鲁棒性。     

基于模糊理论的船舶减摇鳍智能控制系统分析

船舶减摇鳍系统是船舶与海洋工程的一个重要系统，目前已在客船及军用舰船上得到广泛应用。减摇鳍对提高船舶的耐波性、适航性、稳定性以及快速性具有很重要的作用，并能延长船舶使用寿命、改善设备与人员的工作条件、提高客船旅客舒适度或提高军用舰船的战斗力。减小船舶横摇是目前船舶运动控制领域的重要课题之一。本文以船舶减摇鳍系统作为研究对象，对船舶减摇鳍系统变参数PID控制和智能模糊控制算法进行系统阐述。减摇鳍系统目前大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器，控制器的性能对船舶自然横摇周期和无因次衰减系数有很大的依赖关系。由于船舶横摇运动的复杂性、非线性、时变性等特点以及海况的不确定性。经典的PID控制难以获得满意的控制效果，采用先进的控制策略是解决这一问题的有效方法。     

基于细菌觅食算法的船舶舵减横摇PID控制器设计

为解决传统舵减横摇PID控制器在外界环境变化时,控制参数不能实时调节,导致减摇效率降低的问题,将细菌觅食算法(BFO)与传统的PID控制结合,设计基于细菌觅食算法的船舶舵减横摇PID控制器(BFO-PID控制器),将船舶的实际船体参数引入到船舶横摇运动控制系统中,通过仿真实验对比船舶在加入BFO-PID控制器前后船舶横摇角的变化,分析改进后的控制器对该型船舶舵减横摇的适用性,实验表明,运用改进后的舵减摇控制器,船舶在不同遭遇角下均具有较好的舵减摇效率,证明控制器改进的有效性,细菌觅食算法提高了舵减摇控制器的鲁棒性。     

规则纵浪中船舶参数激励横摇运动的鲁棒控制

为有效控制船舶在参数横摇运动中的失稳状态,根据规则纵浪中船舶参数横摇系统的非线性数学模型,设计了一种具有鲁棒性的非线性控制器.采用精确反馈线性化方法将纵浪中船舶参数横摇系统的非线性模型线性化,然后用闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器.在考虑不同的干扰和模型摄动情况后进行了仿真试验.仿真结果表明该控制策略对于船舶参数横摇系统十分有效,且鲁棒性能令人满意.算法的设计过程简单,物理意义明显.     

PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计与优化的应用

减摇水舱控制系统中的摇摆台控制一般采用PID控制系统,借助PID控制系统的算法优势,传输摇摆角度信号,有效控制减摇。PID系统采用免疫遗传算法,该算法能够建立起数学模型,推理运算出目标函数值,向电液伺服阀输出动作指令,控制船舶横摇。本文分析了PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计中的应用,提出优化PID控制器的设计方法,经过仿真实验证实,改进优化的变参数PID控制器能够有效控制船舶横摇角、鳍角速率,提高减摇效率。     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为了提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性,设计了舵鳍联合减摇控制器.分析了船舶运动的非线性模型,根据实际情况进行假设,得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程,把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型;将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统,进行了舵鳍联合控制,设计了分散变结构控制器,最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究.仿真结果表明舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇,并能尽可能大的减小横荡.     

可控式被动减摇水舱最佳相位PD控制策略研究

在"船舶-可控式被动减摇水舱"系统数学模型的基础上,综合船舶横摇运动信息设计最佳相位PD控制器,并对可控式被动减摇水舱气阀的开启和关闭进行控制。在不规则波下的仿真结果表明,与常规控制相比,采用最佳相位PD控制策略能够取得更好的减摇效果,最大程度上发挥可控式被动减摇水舱的减摇能力。     

Influence of sway motion on passive anti-rolling tank

1Introduction Thepassiveanti rollingtankisoneoftheshipstabiliz erssuccessfullyusedallovertheworld.Itisapplicable toreducetherollingatanyspeed,especiallyfitsfor theshipsatlowspeedorzerospeed.Atpresent,the theoryaboutthepassiveanti rollingtankisfairlyma tur…     

可控被动式减摇水舱气阀控制规律研究

可控被动式减摇水舱是对被动式减摇水舱的一种改进.文章在可控被动式减摇水舱系统数学模型的基础上,推导了最佳控制相位的理论依据,并对气阀开启和关闭时刻的选取进行了研究.对不规则波的仿真结果表明,根据船舶的横摇角速度进行气阀控制,满足最佳控制相位是行之有效的,它使可控被动式减摇水舱的减摇能力最大,减摇效果更佳.     

零航速下船舶减横摇控制策略研究

鉴于零航速下船舶横摇模型的不确定性,通过在线辨识确定船舶横摇运动数学模型.在此基础上采用改进型遗传算法和单纯形法相结合的优化策略对PID参数进行优化,使优化过程既具有遗传算法的全局性又具有单纯形算法的快速性,仿真显示按此种控制策略设计的控制系统对横摇模型的不确定性具有较强的自适应性,有一定的工程应用价值.     

减摇水舱试验台架系统无模型自适应控制

结合无模型控制的优点,首次将无模型控制理论应用到船舶减摇控制系统中.减摇水舱试验台架电液力矩伺服系统所采取的控制策略是设计减摇水舱试验台架的关键,针对模型控制策略对非线性系统的控制在应用中表现出的不足和局限性,采用无模型控制律对电液伺服系统控制器进行了设计和仿真研究.仿真结果表明:无模型控制器表现出优良的控制品质,跟踪性能良好,具有结构适应性,系统符合设计要求.     

小型船舶减摇装置的最优设计及性能分析

在建立了系统动力学模型的基础上，运用数值优化方法对减摇装置的参数进行了优化设计，得到了减摇装置的最佳频率和最佳阻尼；分析了减摇装置有无时系统的传递函数特性，仿真计算了减摇装置有无时船体对初始横摇角的响应及对外部激振的响应。结果表明，设计的减摇装置对船体的横向摇动有明显的减摇效果。     

减摇鳍/水舱联合减摇系统模糊自适应滑模控制

针对减摇鳍和被动式减摇水舱设备在不同航速下的减摇特点,建立了船舶减摇鳍/水舱联合减摇系统的横摇数学模型。结合模糊自适应控制良好的逼近特性和滑模控制算法对扰动和模型参数变化的不灵敏性,设计了减摇鳍/水舱联合减摇系统的模糊自适应滑模控制器。采用实船参数的仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的自适应性和鲁棒性,减摇鳍/水舱联合减摇控制系统在不同海况和不同航速下均具有良好的减摇效果。     

新型零航速矢量减摇系统研究

针对海洋科研平台、科考船等减摇系统的快速响应性工作需求,在螺旋桨推进器基础上开发了一种零航速矢量减摇系统。本文介绍系统机构设计及其工作原理,结合耐波性计算分析获取船舶横摇规律,采用滑台搭载重物往复移动方式,模拟船舶规则横摇以获得规则波实验条件,并通过船模实验验证该减摇装置作用下的船舶横摇减摇效果。零航速规则波模拟实验研究表明,该减摇装置具有可控性强、易改装的特点,能够大幅提高船舶的耐波性,为后续工程试验船舶上安装该减摇系统奠定理论与实验基础。     

三轴船舶电动摇摆模拟试验台研究

针对船舶摇摆模拟试验台系统在科学研究和船载仪器可靠性试验中的应用,设计了一种多功能三轴船舶电动摇摆试验台随动控制系统。首先对摇摆试验台进行控制建模,确定电流、速度、位置三闭环控制方案,然后采用常规PID算法设计三环控制器参数,对位置环用模糊自适应PID控制器进行优化设计。提出以变周期、变幅度和组合曲线给定的摇摆方法模拟风、浪、流干扰,对系统进行仿真研究。仿真试验结果表明,设计的系统具有响应迅速、模拟准确、可靠等特点,能够较好的模拟实际海况中船舶摇摆运动,为搭建实际试验平台奠定了基础。     

减摇水舱性能试验摇摆模拟台阻尼力矩的模拟研究

减摇水舱性能试验摇摆模拟台是根据相似准则建立的一种模拟在波浪作用下船舶横摇运动的试验装置。为使摇摆模拟台能够模拟各种类型船舶的运动，要求模拟台的转动惯量、阻尼力矩和波浪干扰力矩都是可调节的。利用硬件方法模拟阻尼力矩具有许多不确定因素，很难保证模拟的阻尼力矩值与要求的阻尼力矩一致，这给减摇水舱性能预报带来诸多困难。本文提出了一种利用软件模拟船舶横摇阻尼力矩的方法，仿真分析和试验结果表明该方法能够模拟各种船舶的阻尼力矩，满足模拟台阻尼力矩模拟要求。