一种电路机理等效的船舶Nomoto模型

为使船舶Nomoto模型方程形象化,用电阻、电容和放大器搭建电路,经推导其传递函数与船舶Nomoto模型相同,通过适当选取电路元件参数,实现"育鲲轮"的电路机理等效模型。将融入旋回降速补偿后的电路仿真实验结果与实船回转试验结果进行比对,证明电路机理模型可以较高精度等效船舶Nomoto模型,对船舶运动半物理仿真具有重要指导意义。     

一种电路机理等效的船舶Nomoto模型

为使船舶 Nomoto模型方程形象化，用电阻、电容和放大器搭建电路，经推导其传递函数与船舶Nomoto模型相同，通过适当选取电路元件参数，实现“育鲲轮”的电路机理等效模型。将融入旋回降速补偿后的电路仿真实验结果与实船回转试验结果进行比对，证明电路机理模型可以较高精度等效船舶Nomoto模型，对船舶运动半物理仿真具有重要指导意义。     

基于指数函数非线性反馈的船舶航向保持控制

为研究船舶航向保持控制问题,本文以“育鹏”轮为研究对象,建立了其非线性Nomoto船舶模型,设计了基于闭环增益成形算法的指数函数非线性反馈控制器,并以“育鹏”轮的非线性模型为被控制对象,用Matlab的Simulink工具箱进行系统仿真研究。系统仿真结果表明,建立的非线性Nomoto数学模型精度良好,设计的控制器进行船舶航向保持控制时效果优异,并且更节能。使用这种方法设计的控制器,可以很好地进行船舶航向保持控制,对今后的船舶运动仿真和控制器的设计具有重要意义。     

基于特征模型的船舶运动数学模型

为了获得形式简洁而精度较高的船舶运动数学模型,将航空航天领域的特征模型移植到航海领域.利用部分实船试验数据辨识出特征模型的参数,通过船舶Z形试验验证了在航海领域使用特征模型的可行性.该精度稍高于目前使用的Nomoto模型,且保留了其简洁的形式.     

欠驱动船舶运动数学模型精度及应用问题分析

船舶运动数学模型是船舶运动控制研究领域的核心。模型的精确性对控制算法的验证有很大的影响。当船舶运动模型精确性较差时,设计算法在实船应用时会出现较大误差。目前有多种经典船舶运动数学模型被广泛使用。针对不同的研究问题,研究人员应该考虑选择的运动数学模型是否合适。因此,本文以大连海事大学"育鲲"轮为研究对象,分别建立了Nomoto模型、非线性响应性模型以及MMG模型以对比其精确度。另外,本文以上述模型为核心进行了Z型实验和旋回实验。通过与实船实验对比,本文建立的MMG模型精确度高达97%,可以作为船舶运动控制研究的标准模型。     

一种基于扩展状态观测器的智能船舶Nomoto模型参数辨识方法北大核心CSCD

[目的]为了支持制导、导航、控制等船舶智能化技术的测试验证平台的搭建,利用系统辨识技术得到高精度的智能船舶野本(Nomoto)运动模型参数。[方法]充分结合扩展状态观测器(ESO)以及鲁棒加权最小二乘支持向量回归(RW-LSSVR)算法的优势,提出一种高效低成本的混合参数辨识方法。为解决模型参数辨识中无法直接有效获取某些状态量的问题,构建了基于ESO的状态估计方法。基于估计方法与直接测量的船舶运动状态量,采用具有较强抗异常值干扰的RW-LSSVR对智能船舶二阶线性Nomoto运动模型参数进行辨识。以已知模型的两艘船舶为测验对象,对所提参数估计与辨识方法进行综合测验。[结果]在利用较少传感器的情况下,通过ESO可较精确地估计出非直接测量的船舶运动状态量,并且利用RW-LSSVR辨识得到的参数值十分接近标准值。[结论]利用所提方法获得的估计状态可用于参数辨识,并且辨识模型具有较好的泛化性。     

基于改进LSSVM的船舶操纵运动模型在线参数辨识方法

为实现船舶操纵性的在线预报及自适应运动控制,针对Nomoto二阶非线性运动模型参数辨识问题,将最小二乘支持向量机(least squares support vector machines,LSSVM)与多新息方法相结合,提出一种新的多新息在线LSSVM辨识建模方法。试验结果表明,使用所提出的算法辨识的模型进行预报的拟合误差可达到4.76%以下,能准确拟合船舶操纵运动模型。     

一种FLC-PID混合控制自动舵研究

提出将FLC与PID控制算法结合起来构成FLC—PID混合控制器，设计出一种船舶航向FLC—PID混合控制自动舵系统。以野本模型（Nomoto）作为船舶运动控制系统的受控对象，分别讨论了确定模型和在外界干扰下的不确定模型，根据大连海事大学实习船“育龙”号的资料建立了船舶运动模型，仿真试验结果表明FLC-PID混合控制自动舵比单一PID型自动舵具有超调小、响应快的动静态性，并针对船舶模型的摄动具有一定的鲁棒性。     

精确反馈线性化在船舶航向保持器上的应用

现有的船舶航向保持器的设计大都采用Nomoto线性模型，而忽略了船舶操纵运动的非线性因素，因此航向控制的精度比较低。选择状态反馈精确线性化方法，将响应型船舶运动的非线性数学模型进行线性化，再利用基于闭环增益成形算法的鲁棒控制器进行控制，然后在Maflab的Simulink下进行系统仿真，仿真结果表明，所设计的基于闭环增益成形算法的控制器比基于LQR的控制器具有更好的控制能力。     

基于自抗扰控制技术的船舶航向自动舵控制方法研究

本文基于线性Nomoto船舶运动模型,以传统PID控制器为基础,考虑到船舶自身状态和外界未知干扰对船舶航向系统的影响,对船舶航向自动舵控制系统引入自抗扰技术,建立以自抗扰控制方法为基础的船舶航向控制系统。最后利用Simulink仿真软件搭建系统的仿真模块,对改进的船舶航向控制系统的性能进行仿真验证。结果表明该方法具有较强鲁棒性、抗干扰性,解决了超调性与快速性之间的矛盾。在应对海上复杂的环境时有良好的动态性能和稳态性能。     

浅析船舶旋回过程及MATLAB仿真

随着世界贸易的不断扩大,航运经济不断发展,商船数量不断增加,特别是石油、矿砂等大宗货物的需求量急剧增加,船舶趋于大型化.超大型油轮、超大型矿砂船的出现,在便利海上运输的同时,也增加了海上运输的危险性,一旦发生事故,将会造成巨大的经济损失和不可估量的海洋环境污染.文章以Nomoto数学模型为基础,介绍了船舶旋回运动的过程,以大连海事大学教学实习船"育鲲轮"为例,进行了在一定海洋环境干扰下的船舶旋回试验MATLAB仿真,并对仿真曲线进行分析;同时,研究了船舶旋回运动中速降问题,并以李宗波提出的速降估算公式为例,在Nomoto数学模型的基础上,以30万吨油轮为例,对李宗波等人的试验结果进行MATLAB仿真,并与旋回运动中实际速度进行对比,验证了速降估算公式对大型船舶的适用性.     

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。     

船舶航行自抗扰控制器的仿真研究

文章选取带有非线性舵机特性的Nomoto模型作为仿真研究对象。采用经自适应差分算法离线优化过的自抗扰控制器作为船舶航行控制器。仿真结果表明,船舶航行自抗扰控制器在大负载变化和风、浪、流等外界强干扰情况下,具有良好的性能鲁棒性和动态调节能力。     

黄金分割法在船舶航行控制中的应用研究

将舵角变化很小的船舶航行系统看成是一阶Nomoto线性模型,在此基础上通过最小方差控制理论得到了黄金分割自适应控制系数;然后利用雅各布理论说明对于时变离散线性二阶闭环系统,黄金分割法在船舶控制中的鲁棒性;最后通过仿真实验以及PID控制来说明本文所采用的黄金分割法的有效性。本算法能够降低环境参数对船舶航行的干扰,保证船舶的安全行驶。     

基于输入状态线性化的船舶航迹系统鲁棒控制及仿真

本文将Hoo环增益成形鲁棒控制与输入状态精确反馈线性化结合,针对船舶航迹控制系统的非线性数学模型,采用Nomoto船舶模型,给出了一种鲁棒控制器的设计方法。这种算法是对船舶航迹非线性系统进行输入一状态线性化的基础上,然后与闭环增益成形算法相结合而设计出来的控制律。以某船为对象,利用Matlab／Simulink工具箱对新的控制器进行数值仿真,结果表明该控制规律有比较理想的控制效果,在加入扰动后,该控制器能使船舶行驶在预设航迹上,对外界风浪干扰有较强的鲁棒性。     

基于CFD的内河船深浅水中操纵性预报

由于岸壁效应和浅水效应,内河船舶在限制水域作操纵运动时通常受到比在开阔水域中更大的水动力.这些水动力对船舶操纵性具有不利影响,有可能导致船舶碰撞或触底等海上事故.因此,为了在船舶设计阶段预报其操纵性能,考虑浅水效应和岸壁效应以准确计算内河船舶操纵运动水动力非常重要.本文基于CFD方法,通过对粘性绕流进行数值模拟,对长江中营运的三艘内河船舶的操纵运动水动力进行计算.首先,为了验证数值方法的可靠性,对标模KVLCC2纯横荡和纯首摇试验的水动力进行计算,并将计算结果与现有的试验数据进行对比.然后,对三艘内河船舶在不同水深下的静舵试验、纯横荡和纯首摇试验进行数值模拟,计算得到水动力及相应的线性水动力导数.最后,基于计算得到的水动力导数,获得Nomoto模型中的操纵性参数,对比分析三艘内河船舶在深浅水中的操纵性能.结果表明,本文方法可以揭示不同水深下三艘内河船舶的操纵性变化趋势.该方法可为船舶设计阶段内河船舶深浅水中的操纵性预报提供一种实用的工具.     

模糊切换型船舶运动PID控制器

航向改变时船舶航迹变化过程可以分为瞬态区域和稳态区域。根据不同区域中不同的性能指标,提出了一种把常规PID和TS-PID模糊控制器以模糊切换方式相结合的模糊切换型PID控制方法。该方法集成了常用PID和模糊PID控制方式的优势并弥补了各自的不足,模糊切换方式实现了二种控制器之间的平滑切换。应用钝性定理证明了二阶Nomoto船舶模型的切换型PID控制系统的输入、输出稳定性,并用遗传算法优化控制器参数。与模糊PID控制器的对比仿真实验,表明所提出的方法可以有效提高船舶运动控制的各项性能指标。     

可回转双桨电力推进船舶运动模型的研究

根据船舶分离型运动建模方法,分析了可回转双桨船舶的运动规律及其在船舶纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的作用力,建立可回转双桨作用下的电力推进船舶的推进与回转运动模型,导出船舶运动线性响应方程。通过数值仿真,验证了可回转双桨电力推进船舶的推进与回转运动模型的准确性。     

波浪影响下船舶横摇运动的时间序列预测数学建模研究

在波浪的影响下,常规的船舶横摇运动时,没有建立横摇运动的模型,降低了预测的精度,不能有效地减小船舶的横摇,存在船舶耐波性较差的问题。当前方法进行船舶横摇运动的建模时,不能减小船舶的横摇,降低了船舶的耐波性。提出一种基于时间序列预测的船舶横摇运动数学建模研究方法。该方法建立波浪扰动船舶横摇运动模型,依据随机的过程理论,求出空间上某固定点波浪倾角的数学模型,依据横摇运动模型得出横摇运动的数据。对船舶横摇运动进行时间序列预测克服了传统方法存在的弊端,运用时间序列的分析方法建立AR模型,应用于船舶横摇运动的时间序列的预测,减小船舶的横摇性,提高了船舶的耐波性,完成对波浪影响下船舶横摇运动的时间序列预测数学建模的研究。实验的结果表明,利用该方法能有效地减小船舶的横摇,提高船舶的耐波性。     

基于粒子群优化反步法的船舶航向控制器设计

考虑到反步法在随机干扰下具有较优的控制效果,利用反步法设计基于Nomoto模型的船舶航向控制器;设计一种基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)反步法的航向控制器,其能通过优化不确定增益参数来消除部分冗余控制。通过仿真试验比较不同航向控制器的性能。仿真结果表明:粒子群优化反步法航向控制器具有更高的控制精度和更强的鲁棒性。