船舶操纵自适应控制系统研究

本文研究了系统辨识和自校正控制器的算法及其在自适应操舵系统中的应用,提出了一种改进的扩展最小二乘在线算法。仿真试验表明该系统辨识算法具有收效快、稳定性好、计算量小等特点。本文提出的一种新型自校正控制器算法,其理论推导和仿真结果表明,该算法兼有最小方差和极点配置控制器的优点,适用于任何稳定、非稳定、最小相位、非最小相位被控系统;与一般最小方差、极点配置等算法相比具有跟踪精度高、稳态方差小、适用范围广等优点;且运算量小、设计灵活。作者利用IBM—PC为控制主机,配合专门研制的接口电路组成操舵控制机。根据软件的不同功能分别采用高级语言和汇编语言编程,然后连接运行,既满足了控制的实时性要求,又提供了强有力的人机对话功能。仿真试验表明,与PID自动舵相比,应用本文提出的在线辨识和自适应控制算法的自适应操舵系统能减少偏航、转舵角所引起的附加阻力,并能相应提高航速。     

一种自适应自动操舵系统

本文用自适应控制理论设计了一种自适应自动操舵系统。由计算机仿真、实物联调和实船试验及使用结果表明,这种操舵系统具有良好的操纵性能。     

调节权因子的自校正自适应操纵系统

本文在应用自校正自适应原理,设计自适应操舵系统时,充分分析了以广义最小方差为基础的自校正理论,提出了以新型自校正自适应控制律为基础的自适应操舵系统,并且该操舵系统在不改变原硬件实现环节的条件下具有更佳的控制效果。这些都可由计算机仿真及实船海试的结果得到证实。     

斯佩里操舵系统和海协规则

本文介绍了海协规则、斯佩里公司的操舵系统,自适应操舵仪的工作原理、性能和特点、以及舵机如何满足自适应操舵仪的要求。本文还介绍了斯佩里等公司准备研制模拟比例操舵系统、即转舵速度与转舵角距离成比例,以便更有效地节省燃料。文章最后预言,八十年代是舵机操舵系统发展的重要十年;更严格的舵机规则将要问世。     

基于最小舵系能耗的操舵策略计算方法

对舵系能耗的构成进行计算分析，结合船舶操纵运动数学模型（MMG）建立舵系能耗计算方法，针对具体算例求解以最小舵系能耗为目标的最优操舵策略，讨论相关变量条件对操舵策略及舵系能耗的影响。结果表明：该计算方法具有可行性；对于算例船舶，以10°舵角操舵是使艏向角改变60°的最优操舵策略；不同的舵压力中心位置、舵阻力特性和初始航速条件不会改变算例船舶给定目标任务下的最优操舵策略。研究结果可为船上智能驾驶系统或驾驶人员做出操舵决策提供有效的算法支撑。     

DDG51级驱逐舰操舵系统设计特性

为美国海军ＤＤＧ５１“宙斯盾”导弹驱逐舰研制的操舵系统，采用数字自适应自动舵和计算机辅助手控操舵。该系统性能稳定，易于安装。通过航空机与控制器的组合，提高可靠性并扩大了内部检测能力，首次被应用于“阿利·伯克”舰（ＤＤＧ５１级）上。     

一种新研制的自适应自动操舵装置

一、前言近年来,用微机控制的第三代数字式自动操舵装置已开始较多地装在船上,大有逐步取代第二代模拟式PID自动操舵装置之势。由于微机和近代控制理论的应用,使自动操舵装置不局限于常规的PID控制,而能更高级地根据设定的性能指标进行最优控制及自适应控制,因此具有第二代自动操舵装置难于做到的操船性能     

航迹自动舵算法的研究

本文讨论了利用自动舵来实现船舶航迹保持航行问题,针对两种不同类型的航行,提出了两种航迹保持控制算法,这些控制算法的数字仿真结果表明满足航行要求。引言目前,船舶广泛采用的PID操舵装置或自适应操舵装置     

潜艇X舵控制分配器设计和仿真

[目的]为解决X舵潜艇在不同可用舵面条件下的操舵控制问题,开展X舵潜艇的操舵控制分配器设计。[方法]操舵控制系统采用"主控制器—控制分配器"级联控制结构,主控制器采用已有的成熟算法,将舵角控制分配问题转换为受舵角限幅、舵速限幅约束的加权最小二乘法(WLS)问题进行求解,设计受限控制分配算法,并分别在四舵、三舵、双舵条件下进行定深旋回、潜浮运动仿真,以验证控制分配算法的正确性。[结果]仿真结果表明,在给定的舵机配置条件下,随着操舵面的减少,潜浮性能并无差异,转向性能略有降低,横倾振荡及舵角抖动趋于严重。[结论]所提控制分配算法施舵合理,适用于各种舵机配置情况。     

船舶自动操舵数字多回路串级控制系统

本文根据数字控制系统设计原则，结合多回路控制的特点和船舶操纵性传递函数模型，对船舶自动操舵系统进行了直接数字化设计。形成了船舶自动操舵数字多回路串级控制系统，求出了系统航向有因路主调节器的Ｚ传递函数和舵角辅助量补偿回路副调节器的Ｚ传递函数，并且分别得到了主调节器和副调节器的计算机实现算法。     

柴油机双层隔振系统耦合振动主动控制仿真研究

本文针对双层隔振系统多自由度耦合振动的特性,设计了以ⅡR滤波器为基本组成单元的多输入多输出（MIMO）自适应控制器,推导出相应的自适应算法－多误差x-RLMS算法,并进行了双层隔振系统耦合振动主动控制的仿真研究,结果表明,控制算法有较好的收敛性与稳定性,取得了较好的控制效果。     

动力定位船舶全速度路径跟踪CB导引自适应闭环控制

针对仅使用槽道推进器提供横向推力的动力定位船舶路径跟踪控制问题,建立慢变环境干扰影响下的非线性船舶数学模型,设计带有自适应干扰补偿的反步控制算法来消除环境干扰的影响。引入平行目标接近(CB)导引算法为跟踪控制生成期望速度矢量信号,通过与所提出的自适应反步控制算法相结合,得到不受船舶驱动特性限制的全速度范围动力定位船舶导引跟踪控制算法,应用李雅普诺夫稳定性理论证明系统跟踪误差渐进收敛到零。仿真结果表明通过调整导引算法参数可以调节船舶跟踪过程表现,并可以得到较好的控制精度。     

船舶自适应逆控制操舵

经典反馈控制将对象动态响应的控制和噪声的消除放在同一个过程中进行,这种方法往往会产生为了满足一个指标而牺牲另外一个指标的矛盾.本文介绍了一种新的控制方法--自适应逆控制,阐述了自适应逆控制的特点,讨论了自适应逆控制系统的三个基本单元--对象建模、逆控制器建模和扰动消除器.自适应逆控制将对象动态响应的控制和噪声的消除分开来考虑,解决了上述经典反馈控制的矛盾.在仿真软件Matlab上进行船舶自动舵仿真时,分别采用了自适应逆控制方案的ELS(增广最小二乘)算法和经典反馈控制的PID(比例积分微分)算法.仿真结果表明了自适应逆控制的优点.     

变质量俯仰系统分区间PID位置跟踪控制方法研究

变质量俯仰系统随载荷质量和俯仰角位移的变化,其俯仰体质心位置随之变化,进而其驱动转矩等因素也随之变化.为设计变质量俯仰系统的自适应控制策略,提出了俯仰机构驱动电机的分区间PID控制方法.以位置随动精度和随动时间为目标,设计了位置环三区间PID控制方法.基于ADAMS与Simulink联合仿真技术,建立了变质量俯仰系统虚拟样机模型.通过仿真与物理样机试验,对比分析经典PID和分区间PID控制算法的位置控制准确性和快速性.研究结果表明,分区间PID控制算法在规定响应时间范围内,误差精度不超过0.5°,能有效提高变质量俯仰系统的控制精度.     

PID控制算法的恒电位仪在船体阴极保护系统中的应用

研究了基于PID算法的恒电位仪在船体阴极保护系统中的应用。讨论了增量型PID算法在系统中应用的优势。根据实际应用的需要,控制程序实现了从自动控制到手动控制切换的平滑无扰功能。通过现场总线CAN实时传输船体数据到位于机舱的复式报警面板,能记录一年的船体数据和报警信息存档备份。经过工厂的模拟实验和实船的航行实验记录的数据证明,该套系统能够很大程度上保护船体不受腐蚀。     

基于反馈线性化的船舶航向自适应模糊滑模控制与仿真

针对非线性船舶航向控制中船舶参数不确定性以及外界干扰随机性的特点,基于反馈线性化方法和模糊系统的逼近能力,提出了一种新的基于反馈线性化的自适应模糊滑模控制器的设计方法,并在李雅普诺夫稳定性理论的基础上导出了自适应律。以某船为例,并利用Matlab进行仿真研究,仿真结果表明所设计的控制器是有效的。     

基于网格算法的多仿生机器鱼协调游动控制

在多仿生机器鱼实验平台上,针对多仿生机器鱼按次通过水中一个狭孔的问题,进行了多机器鱼协调控制的初步研究.基于对实验场景视频图像的处理和识别结果,提出了一种多机器鱼游动路径规划的网格算法,实现了多条机器鱼之间无碰撞、无路径干涉的快速游动规划.     

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。     

柴油机双层隔振的自适应模糊控制方法及模拟试验的研究

该文针对船舶柴油机振动特点,提出了一种自适应模糊控制方法,构造了自适应模糊控制器,并可在线自适应调整模糊控制器的有关参数,由柴油机双层隔振系统模拟台架试验的结果表明,该模糊控制方法对柴油机的振动具有良好的控制效果。     

基于BP神经网络自适应控制系统的改进与优化

本文针对BP(Back Propagation)神经网络在控制系统应用中存在的一些诸如收敛速度慢、局部极小点等不足,提出了附加动量法以及自适应的学习速率法等算法,并对该算法的原理模型以及工作流程进行了研究和设计,同时对该算法在PID自适应控制系统中应用进行了改进和优化.