基于多源异构模型和数字孪生的船舶运动仿真

随着科学的发展,船舶运动仿真系统也趋于复杂化,以往的建模与仿真手段难以满足智能船舶数字化的发展需要,利用多源异构建模协同仿真技术与数字孪生技术能够解决复杂系统仿真困难的问题。本文剖析当下国内外多源异构建模协同仿真技术和数字孪生技术,设计多源异构建模方法和协同仿真系统,提出基于数字孪生技术的船舶运动仿真设计框架和关键技术,为船舶运动的数字化研究提供借鉴和参考。     

欠驱动船舶水面的非线性数学模型及跟踪控制

以欠驱动船舶水面的跟踪控制为研究对象,介绍船舶的数学模型和运动方程建模,以及船舶在水平面上3个自由度的运动方程,并且对船舶可能受到的风、浪、流等干扰进行分析。最后,提出一种自抗扰船舶航向控制方法,在该方法中,运用遗传算法对控制参数进行优化处理。实验结果表明,该自抗扰控制方法具有较高的抗干扰能力和较强的鲁棒性。     

容错控制在船舶航行中的应用

在船舶的航行控制系统中,各种复杂通信导航设备变得更加复杂,其稳定性和安全性成为人们研究的重点。而常规的容错控制已被广泛应用在复杂的工控领域,在船舶控制系统中,主要的控制对象即螺旋桨的矢量控制,基于此控制技术的容错系统也应运而生。本文主要介绍船舶螺旋桨的调距控制系统,并针对常见的故障开展容错控制与冗余设计的相关研究。在对船舶运动的建模设计中,应用容错控制算法,并建立仿真环境,验证其控制效果和性能。     

遗传神经网络的船舶运动受扰力预测模型

船舶运动受扰力预测,是实现对船舶摇摆控制的关键步骤。为达到有效控制船舶摇摆的目的,基于遗传神经网络,完成船舶运动受扰建模预报和预测方法选择。模拟船舶航行状态,设计仿真对比实验结果表明,基于遗传神经网络的船舶受扰力预测模型,有效提升横向与纵向运动受扰力预测准确性,完成有效控制船舶摇摆的目的。     

基于拖轮自主协同的大型船舶靠泊技术研究

针对大型欠驱动船舶提出一种基于多艘拖轮自主协同的靠泊控制方案。通过设计多层次优化控制策略，实现目标大船以设定的首向角和速度到达设定位置的功能。在上层协同控制中将目标大船和4艘顶靠拖轮作为一个整体组成动力定位系统，通过优化控制逻辑和几何关系，实时计算每艘顶靠拖轮的目标首向、位置和输出推力。根据上层控制计算结果，在下层控制中对每艘拖轮完成闭环控制。针对典型工程问题给出了基于前馈修正的控制算法。仿真结果表明，这4艘拖轮通过自主协同可以控制无动力大型船舶以设定的首向角和速度到达目标位置。     

基于多Agent船舶运动协同控制研究及软件开发

针对船舶运动控制特点，提出了构建多Agent系统的策略和方法，以此解决船舶多智能设备的自学习和自适应、即插即用、协同控制等问题，并提出了构建船舶运动控制的Agent与MAS体系的框架和软件编程解决要点。     

基于分数阶PIλDμ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PIλDμ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统 PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。     

基于分数阶PI~λD~μ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PI~λD~μ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。     

多无人艇集群协同控制研究进展与未来趋势

当前,海洋航行器呈现智能化、网络化、集群化等重要发展趋势,多无人艇通过协同实现集群化作业,是未来海洋作业的主要形式之一。从无人艇运动数学模型出发,分析了多无人艇集群控制所面临的问题和挑战,根据多无人艇运动不同的场景,从轨迹导引、路径导引、目标导引3个方面综述了多无人艇集群协同控制的研究进展。最后,对多无人艇协同控制的研究方向和未来趋势进行了总结和展望。     

考虑转向运动特征的船舶新航向距离计算模型

为提升船舶转向时船位预测和精准控制效率,提出一种基于船舶转向运动特征的新航向距离计算模型。分析在船舶转向运动中基于K、T指数的新航向距离的计算方法及其局限性,分析船舶转向运动中船舶运动特征及其相互之间的关系,依据航道转弯半径相关的设计规范,并考虑船舶驾驶位置的影响,建立基于船舶转向运动特征的新航向距离计算模型。实船应用显示：基于船舶转向运动特征的新航向距离与船舶转向运动实际情况相吻合。多船验证表明该模型具有广泛的适用性。该研究结果可为船舶智能驾驶中转向控制提供一种新的参考。     

基于虚拟现实的喷水推进动力装置协同仿真技术研究

针对喷水推进动力装置模拟器中数学模型与虚拟视景的协同仿真问题,首先根据船舶的动力装置建立了Matlab/Simulink仿真模型;以光栅图像法为基础改进地形建模方法,使用Creator分别对虚拟地形及船体进行建模;通过Visual C++平台对系统进行可视化程序设计,实现Vega Prime二次开发,完成了船舶运动虚拟视景仿真;基于C++平台实现Simulink模型的输出参数调用,最终实现船舶航行视景与动力装置仿真模型的协同仿真运行。系统能够直观反映在动力装置参数变化时船舶的运动状态,协同原理及方法对其进一步应用到实际动力装置模拟器中有借鉴意义。     

组合导航系统的现状和未来

以船舶操纵运动建模、综合导航及控制等方面的研制为基础，结合文献资料，综合阐述了组合导航技术的研究现状，对组合导航技术的未来发展提出了看法。     

船舶避碰控制系统模型研究

将船舶避碰操作视为一类控制问题，建立运动船舶在随机障碍目标环境中的避碰闭环控制系统模型；其中运动船舶为被控对象，随机障碍目标的航迹检测由雷达、红外传感器及声纳传感器等完成，并作为该系统的输入，对运动船舶航迹的检测由GPS、GPS/INS等完成，而避碰的本质就是要维持一定的控制偏差。     

Internet环境下船舶型线协同设计系统研究

本文提出了一种在Internet环境下开发船舶型线协同设计系统的思想，并对其数据组织。信息发布，数据的修改提交和用户协作冲突控制等关键问题进行了探讨。将XML标记语言引入船舶产品信息中，利用VRML实现三维实体造型，结合Web技术，实现基于互联网的异地船舶型线协同设计，并介绍开发的一个原型系统。     

基于共享子网合成Petri网的协同虚拟维修系统

为实现大型复杂装备多人协同虚拟维修训练,解决并行、资源竞争等协同工作问题,提出了面向协同维修的共享子网合成Perti网的过程建模方法,实现了仿真任务的层次化建模、虚拟样机建模、维修过程建模以及视景仿真及程序驱动等关键技术。分析协同系统的功能需求、基于虚拟现实开发平台EON Studio功能节点的人机交互技术和EON X与Visual Studio 2005的集成通信功能,搭建了协同虚拟维修仿真平台的系统框架,开发了协同虚拟维修训练仿真系统。以某型号船舶主动力装置齿轮箱故障轴承维修拆换为例,说明了协同虚拟维修系统的工作过程并对相关关键技术进行了验证。     

船舶避碰控制系统模型研究

将船舶避碰操作视为一类控制问题,建立运动船舶在随机障碍目标环境中的避碰闭环控制系统模型;其中运动船舶为被控对象,随机障碍目标的航迹检测由雷达、红外传感器及声纳传感器等完成,并作为该系统的输入,对运动船舶航迹的检测由GPS、GPS/INS等完成,而避碰的本质就是要维持一定的控制偏差.     

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。     

船舶水上纵向运动的非线性数学模型构建

为了解决当前船舶水上纵向运动预测精度的问题,设计了一种船舶水上纵向运动的非线性数学模型构建方法。首先分析了当前船舶水上纵向运动的线性数学模型的缺陷,然后引入非线性建模方法—神经网络对船舶水上纵向运动变化特点进行拟合,建立船舶水上纵向运动的非线性预测模型,最后与线性船舶水上纵向运动建模方法进行仿真对比实验。结果表明,本文方法的船舶水上纵向运动预测精度高,船舶水上纵向运动预测误差要小于线性船舶水上纵向运动建模方法,验证了本文非线性船舶水上纵向运动建模方法的有效性以及优越性。     

船舶在海浪下的运动模型分析与舰船运动模拟平台的设计

海上航行环境恶劣,海浪干扰使船舶的摇荡运动不断加剧,从而威胁船舶的航行安全。因此,研究船舶在海浪下的运动模型和设计船舶控制系统对提高船舶航行的稳定性及安全性具有极为重要的意义。本文将通过建模的方式模拟实际船舶,研究船舶对海浪的响应,并且基于此设计船舶的运动模拟平台。     

协同设计及其在船舶设计中的应用

本文综述了协同设计的发展,阐述了开展船舶协同设计的必要性,提出了包括数据库层、协同服务层、协同管理层和协同设计工作层等四个层次的船舶协同设计体系结构,讨论了实现船舶协同设计的若干关键技术.