海上航行船舶操纵的非线性鲁棒控制器设计

提出了一种运用自抗扰控制理论设计的非线性鲁棒控制器。波浪干扰的影响通过一种简单的方法计算出来。同时从被有色噪声污染的航向测量中估计出了低频运动成分,这是应用海浪滤波技术做到的。在文中,一种扩张状态观测器被用作海浪滤波器。恶劣海况下的仿真结果表明该控制器对环境干扰和模型扰动具有很强的鲁棒性,同时避免了高频操舵。     

船舶自动舵控制系统实施改造的研究及实现

介绍了TS-75型自动舵系统的组成概况，分析了舵机抖动的机理，指出了该舵机抖动的根本原因是由于其控制电路的故障引起的，并提出解决该问题的有效方法是利用PLC（Programmable Logic Controller）技术对舵机控制系统进行改造。通过对船舶自动舵控制系统的控制原理、控制方法及存在的问题进行研究后，设计了基于PLC技术的自动舵控制方案，讨论了其具有的优点。利用PLC的模块化结构组态自动舵控制系统，实现船舶自动舵的自整定PID（Proportional Integral Differential）制，说明了STEP7 PID—TUNE的使用方法。基于PLC自整定PID控制的自动舵满足船舶的各种动态特性指标，能提高舵机控制系统的可靠性和经济性。     

船舶舵机控制系统故障分析及其改造

分析了船舶随动舵工作原理和舵机振荡的原因,给出了舵机随动控制系统常见故障的解决办法.通过与半导体分立器件的对比,设计制作了采用集成电路的随动舵控制电路板,在实船应用中获得了良好的控制效果.     

船舶航向非线性系统的模型参考模糊自适应控制

考虑船舶航向控制系统模型中存在不确定非线性函数，并假设该函数是连续的，在以模糊系统对该函数进行逼近的基础上，利用Lyapunov理论，提出了一种新的模型参考模糊自适应控制算法。其特点是，无论取多少条模糊系统规则，自适应学习的参数只有一个，便于工程实现，而且还确保闭环系统渐近稳定，并使系统的模型跟踪误差为零。最后以远洋实习船“育龙轮”为倒，进行了船舶航向模型参考模糊自适应自动舵设计，并利用Matlab工具箱进行了仿真研究，结果证明该算法十分有效。     

Design of robust fuzzy controller for ship course-tracking based on RBF network and backstepping approach

1 Introduction1 Recently, adaptive control approaches based on fuzzy neural network (FNN) have been studied in a lot of papers [1–4]. FNN combines the capability of fuzzy reasoning in handling uncertain information and the capability of artificial neural…     

在线自整定PID控制的船舶自动舵

介绍了继电型自整定PID控制的基本原理及PLC实现的基本方法,设计了基于PLC的在线自整定PID船舶自动舵.该自整定PID自动舵能够自动适应船况和海况的变化,实现无扰动切换、变增益调节等功能,克服了舵机振荡.实船应用证明了该自整定PID船舶自动舵的有效性.     

船舶动力定位自适应滤波器设计

传统的陷波滤波器虽然能够很好的滤除一阶高频海浪波,但是滤波的同时也使得信号产生了相位滞后,在时域里面的表现就是信号的延时.卡尔曼滤波器虽然能够解决这一问题,但是其非常依赖于船舶模型.本文针对传统陷波滤波器的缺陷,使用了一种积分补偿型陷波滤波器,对传统的陷波滤波器进行改进.并以某拖轮为仿真对象进行仿真实验,其结果表明,该滤波器不但能够很好的滤除高频海浪波,还能够保持很好的相位特性.同时,递推的最小二乘估计(RLS)方法能够实时的估计出海浪的主导波频,使得陷波滤波器具有很好的自适应性.     

基于新型滑动模态和观测器的船舶自动舵设计

设计一种新型准滑动模态船舶自适应自动舵,该自动舵可以克服模型参数未知和外界扰动,具有较强鲁棒性。为克服滑模面切换带来的抖振,在指数趋近律的基础上,提出一种新型的双曲正弦函数的指数趋近律,使轨迹的运动速度与轨迹和滑模面的距离相关联,实现自适应调节,使切换平缓;同时利用状态观测器对船舶模型参数及外界干扰进行观测,从而实现有效补偿;最后借鉴Backstepping方法设计船舶航向滑模控制器。通过对一具体船舶航向控制器的仿真,验证了上述方法的有效性。     

基于反馈线性化的船舶自动舵动态滑模控制

针对船舶自动舵的航向控制问题,结合高阶滑模和动态滑模控制的设计思想设计了一种船舶自动舵动态滑模控制器.首先设计出包含舵机特性的船舶航向控制仿射非线性系统模型,其次通过状态反馈的方法将原模型变为等价的完全可控型线性化系统,然后设计出动态滑模控制器.仿真结果表明,所设计的动态滑模控制器不仅能很好的自动跟踪设定的航向,而且能有效的抑制系统的抖振现象,达到设计目的,为研究船舶自动舵控制提供一种参考.     

船舶航向非线性系统的鲁棒自适应控制

考虑船舶航向控制系统模型中存在非线性,并且模型参数是未知的情况下,利用Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论,提出了一种鲁棒自适应控制新算法。以“育龙”轮为例,进行了鲁棒自适应自动舵设计,并利用 Ｍａｔｌａｂ工具箱进行了仿真研究,结果证明该算法十分有效。     

基于模糊控制与遗传算法的潜艇自动舵设计与实现

在潜艇六自由度模型的基础上,根据一阶二阶波浪力对于航行在近水面潜艇深度的影响,采用模糊控制技术和遗传算法设计了基于二级模糊控制的遗传算法调整控制参数的潜艇自动舵控制系统.通过在近水面和水下两种状态对控制器性能仿真与结果分析,说明该自动舵具有很好的控制效果,响应较快,静差较小,具有较强抗干扰能力,对于近水面的深度控制有稳定的控制作用.     

岸基船用变频供电系统谐波抑制方法研究

由变频器产生的谐波问题在岸基船用变频供电系统中日益突出。通过对变频器输入电流的谐波分析,提出多相整流的谐波抑制方案,并在电源端或负载端接入无源电力滤波器,实现电力系统稳态下的电力谐波抑制或补偿。岸基船用变频供电系统实际应用效果良好,有很好的推广前景。     

基于Bech模型的船舶航向离散变结构控制

采用带不确定项的Bech模型可以更好地反映船舶运动的非线性特性以及不确定因素对船舶运动的影响。在Bech模型中增加不确定项，采用离散变结构控制理论设计船舶航向控制器。针对传统设计方法稳态抖振的缺点，提出一种新型的离散趋近律，可以消除传统趋近律自身参数导致的抖振。设计扰动估计器，能够自适应估计不确定因素对系统的影响，只要不确定因素的变化率有界，即可保证闭环系统的鲁棒稳定性，特别是对于幔变不确定性，具有很高的估计精度。仿真结果表明，所设计的离散变结构控制器可以快速准确地跟踪设定航向，并对参数摄动和外部干扰具有很强的鲁棒性。     

基于鲁棒模糊控制的船舶转向及航向保持

为更好的满足船舶转向和航向保持对自动舵系统的不同要求,首先基于一阶闭环增益成形算法对船舶转 向过程分三段进行控制器设计,在自适应模糊推理系统(ANFIS)离线模型辨识正确的前提下得到每个控制器的模糊隶属度函数,然后对三个控制器的输出进行T-S模糊综合.以实习船"育龙"轮的非线性响应模型为控制对象,考虑不同的干扰和模型摄...     

波浪数物耦合模型的一种新的信号滤波方法

以二维波浪传播数模与物模耦合模型规则波低频滤波问题为研究对象,采用摄动法建立了线性补偿滤波方法。耦合模型中,数值模拟采用基于改进Boussinesq方程的三角形网格有限元模型,物理模拟采用推板式造波机。文中分析了耦合模型信号滤波的目的和目标,并通过造波信号频域的分析,对比了文中方法与传统方法在信号稳定性方面的效果,通过波浪耦合模拟实验对比了波面的数模与物模结果。实验结果表明,与传统方法相比,文中方法能有效解决造波信号的慢漂和计算值偏小的问题,信号更加稳定,耦合误差更小。     

Wave data assimilation with the Kalman filter

A new data assimilation method for ocean waves is presented, based on an efficient low-rank approximation to the Kalman filter. Both the extended Kalman filter and a truncated second-order filter are implemented. In order to explicitly estimate past wind corrections based on current wave measurements, the filter is extended to a fixed-lag Kalman smoother for the wind fields. The filter is tested in a number of synthetic experiments with simple geometries. Propagation experiments with errors in the boundary condition showed that the KF was able to accurately propagate forecast errors, resulting in spatially varying error correlations, which would be impossible to model with time-independent assimilation methods like OI. An explicit comparison with an OI assimilation scheme showed that the KF also is superior in estimating the sea state at some distance from the observations. In experiments with errors in the driving wind, the modeled error estimates were also in agreement with the actual forecast errors. The bias in the state estimate, which is introduced through the nonlinear dependence of the waves on the driving wind field, was largely removed by the second-order filter, even without actually assimilating data. Assimilation of wave observations resulted in an improved wave analysis and in correction of past wind fields. The accuracy of this wind correction depends strongly on the actual place and time of wave generation, which is correctly modeled by the error estimate supplied by the Kalman filter. In summary, the KF approach is shown to be a reliable assimilation scheme in these simple experiments, and has the advantage over other assimilation methods that it supplies explicit dynamical error estimates.     

风浪谱模型在滇池码头工程中的应用

针对滇池的波浪特性,选用基于波能平衡方程与波作用守恒方程的风浪谱模型建立滇池波浪数学模型。数学模型计算结果与经验公式结果相比较,两者吻合较好,验证了计算模型的可靠性,并进一步计算了设计风场下滇池拟建码头工程区域工程前后的风浪场情况,为滇池古渡码头工程设计方案的优选提供依据。研究结果表明:工程受偏N方向风浪影响较大,而受常浪向WSW影响较小;浮桥为"L"型双梳式栈桥平面布置形式的风浪挡浪效果较好,优于"T"字型双梳式栈桥平布置形式。     

基于遗传算法的模糊控制型船舶自动驾驶仪研究

该文分析了常规船舶自动驾驶仪存在的缺陷,针对船舶操作这种非线性、时变参数的控制对象,提出了一种基于遗传算法的模糊控制型和Bang—Bang控制相结合的控制系统,提高了模糊控制系统的精度;最后,通过仿真将模糊型船舶自动驾驶仪与基于遗传算法的模糊控制型船舶自动驾驶仪的性能作了比较,结果表明该文所提出的方法控制性能良好。     

潜艇自动舵控制方法研究

舰船操纵的灵活性和准确性在一定程度上取决于舵的性能,而对于潜艇而言,舵的作用更加重要。为了提高潜艇战斗力,目前各国都在争相研制新一代自动舵,期盼在控制航向的同时控制深度,从而提高水下生命力和战斗力。论文介绍了自动舵的发展历程,比较了各种控制方法的特点,最后提出了自己的一点见解。     

小型帆船自适应自动舵

帆船由于其结构的特殊使其动态特性呈严重的非线性，航向很难控制。首先针对一种小型竞赛用的12m长美洲杯赛帆船，从其结构出发建立数学模型，并对该模型进行了开环仿真试验以验证其真实程度。然后利用MATLAB辨识工具在不同的外部条件下得到各具特色的不同模型，由此确认模型参数的巨大变化难以用一个近似于当前运行模式下的线性化模型设计控制器，因而设计了一个采用自适应LQR的自动舵以控制帆船尖不同外部条件下都能保持航向。最后在该模型上作了仿真，取得了较好的效果。