基于反推策略的船舶直线航迹控制算法研究

为实现船舶直线航行的轨迹控制,基于船舶航行基本原理,建立了船舶航行运动的非线性模型。针对模型强非线性的特点,依据输入-状态反馈线性化原理,将非线性模型转化为具有下三角结构的线性模型,并基于反推技术和状态反馈,设计了船舶直线航行控制器。根据Lyapunov方法证明了闭环航迹系统是可镇定的。仿真结果验证了所提控制算法的正确性和有效性。     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为厂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。     

大型船舶直线航迹自校正控制研究

随着科技的发展,大型船舶的操控技术也随之变得越来越先进。为保证大型船舶在操纵和停靠过程中能够安全航行,加强大型船舶的航迹研究具有十分重要的意义。一般而言,影响大型船舶直线航迹的因素有航道条件、大型船舶密度和气象条件等,因此以航迹自校正控制系统的技术为切入口,对大型船舶的操纵技术展开研究,并由此提出相关完善策略,为大型船舶在复杂海域以及风浪海域中的安全航行提供技术支持。     

基于非线性反馈的航向保持控制器优化设计

随着航海技术的不断发展,海上运输贸易越来越多,在追求货运量的同时,船舶航行"清洁、安全、高效"问题越来越受到关注。为了使船舶海上航行时更加节能,本文利用非线性反馈技术对船舶航向保持控制器进行优化。船舶运动数学模型采用Norrbin简化的模型,基准航向保持控制器采用模糊自适应PID控制器,仿真实验环境为七级海浪,实验表明利用非线性反馈优化的控制器可以使船舶航行更节能,鲁棒性优良。非线性反馈技术设计简单,在船舶航向保持、航迹保持、轨迹跟踪等船舶控制领域都具有良好的应用效果。     

基于输入输出线性化的神经滑模航迹控制

针对现代船舶直线航迹控制过程中存在的非线性特性以及受风浪流等外界环境干扰和船舶运行参数的不确定性,设计了一种基于输入输出线性化的自适应神经滑模控制器,运用Lyapunov理论证明了所设计的控制器能够使整个船舶控制系统达到全局渐近稳定,以实习船为例,进行了仿真,结果表明:在标称参数下,所设计的控制器能够有效跟踪设定的直线航迹并抑制常规滑模控制器的抖振现象,在存在外部环境扰动以及参数摄动的情况下仍然能够达到较好的控制性能和指标,表现出强鲁棒性.     

模糊-反步串级控制方法在气垫船航迹保持中的应用

为了改善气垫船的操控水平,使其能够准确地沿着预定航线航行,尽快到达目的地,采用具有协调控制策略的串级控制结构实现了航迹串级控制系统的设计.在这一控制系统中内环采用基于非线性运动模型的反步控制方法进行内环副控制器的设计;外环引入模糊控制的方法进行外环主控制器的设计.此外,根据人在驾驶汽车时使车走直线的驾驶经验,提出了仿人驾驶的航迹跟踪设定角的设计方法,通过可视图在设定航迹线上的交叉点计算航迹跟踪设定角.半实物实时仿真结果表明,该航迹串级控制系统具有较好的性能,在风扰动作用下,较高航速航行时亦能很精确地跟踪给定航迹.     

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.     

非规则波动下直线航迹自抗扰控制数学模型设计

非规则波动,船舶直线航迹经常出现偏差,影响了船舶航行的稳定性和安全性。为此,针对传统PID控制、自适应神经网络控制2种方法控制效果差的问题,设计一种非规则波动下直线航迹自抗扰控制数学模型。该模型分为3部分:首先进行跟踪微分器设计,消除干扰因素的影响,然后利用扩张状态观测器,估计船舶运行状态,最后利用状态误差反馈,计算船舶运行误差,以此实现自抗扰控制。结果表明,与传统PID控制、自适应神经网络控制2种方法相比,利用设计的数学模型进行非规则波动下直线航迹自抗扰控制,得到的直线航迹与预期航迹之间的拟合优度更大,更接近1,由此说明自抗扰控制数学模型更能有效规范船舶直线航迹,保证了船舶航行的稳定性和安全性。     

不依靠模型自适应控制的船舶自动舵

船舶运动控制具有较强的非线性、不确定性、大惯性,大滞后和慢时变特性,加上在航行过程中存在的干扰和噪声,使得航迹控制变得非常复杂,运用常规的PID算法难以达到期望的控制效果,不可能根据船舶动态特性和海况变化实现其参数的自动整定,总是偏离其最佳工作状态.文章首次在船舶运动控制中使用自适应神经网络MFA控制器,减少航迹波动幅度和次数,减小船舶航行时附加阻力.仿真结果表明MFA自动舵具有快速性、鲁棒性和稳定性的优点.     

Backstepping在船舶航向自适应鲁棒非线性控制器设计中的应用

船舶航向控制器在船舶整体控制系统中发挥着重要作用,是船舶安全稳定航行的关键。考虑到航行过程中外界干扰具有诸多不确定性,以及船舶控制存在非线性,本文利用Backstepping的设计方法,结合自适应鲁棒控制,提出带有积分器的航向控制器控制方案,并应用到船舶航向控制器的设计中,仿真结果证明该方案下的控制器有效性良好。     

基于自适应反步控制的船舶航向控制器

本文在非线性船舶运动模型的基础上,设计基于自适应反步控制的船舶航向控制器,并通过设置控制参数对控制器进行仿真。在仿真过程中,通过无积分器情况下的船舶航行情况,以及有外界环境时船舶的航行变化,说明本文所设计的控制器鲁棒性强。     

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。     

基于闭环增益控制的船舶航向最优控制方法

船舶航迹与航向控制对于船舶航行安全性、稳定性有重要意义。为了提高船舶的航向、航迹控制水平,本文设计了一种基于闭环增益控制的船舶航向控制器。闭环增益控制是一种稳定性控制算法,在工业领域有非常广泛的应用。本文重点建立了船舶的运动控制模型,介绍了闭环增益控制器技术的原理与现状,并重点介绍了船舶航迹闭环增益控制器的原理。     

船舶直线航行控制方案研究

随着船舶向着高速化、大型化和自动化方向发展,世界航运业进一步繁荣,同时也造成了海上交通密集和拥堵现象。为了提高船舶的航行安全,降低船舶操纵人员的劳动强度以及减少油耗,必须对船舶的航向和航迹进行精确控制。本文基于滑模控制理论和自抗扰控制技术,设计一种非线性船舶航向控制器,并研究船舶直线航行的控制方案。     

风帆助航船舶直线航迹跟踪的自适应非线性迭代滑模控制

针对风帆助航船舶易受风、浪等因素的影响产生航线偏离的特点,提出一种自适应非线性迭代滑模直线航迹跟踪控制方法。该方法利用双曲正切函数设计系统状态的非线性迭代滑动模态,采用模糊系统对滑模控制参数进行优化,增强控制器的自适应能力。通过定义一种控制量抖振测量变量和自适应启发评价函数,对模糊系统的结构参数进行在线调整,很好地抑制控制量的抖振。将该控制器应用到风帆助航船舶直线航迹控制领域中,结果表明,该控制器能有效地处理风、浪等外界扰动,跟踪控制性能良好,具有较强的鲁棒性。     

船舶航向控制系统中多自由度嵌入式控制器的优化设计

船舶航向控制器设计工作在船舶运动控制中始终占据重要地位,且直接关乎船舶航行舒适程度、安全程度与经济程度。因为船舶动态的非线性特征、大时滞特征较为明显,加之模型参数摄动与船舶运动状态下诸多外界干扰因素影响,导致控制器设计难度明显增加。为此,本文将多自由度嵌入式控制器优化设计应用于其中,能够使船舶航向控制系统性能得到全面提高,在船舶航行过程中,为其航向控制系统的正常运行提供必要保障,推动了现代船舶行业的发展。     

基于嵌入式的船舶控制器设计与实现

为提高船舶系统运行的稳定性,需要进行鲁棒控制设计。提出一种基于嵌入式的船舶控制器设计方案,首先采用自适应PID控制律进行船舶控制算法设计,然后在嵌入式ARM环境中进行船舶控制器的硬件设计,将控制算法加载到DSP处理芯片中,实现控制程序写入,完成嵌入式船舶控制器的集成设计和软件开发。实验测试结果表明,该船舶控制器具有较好的船舶位姿控制性能,提高了船舶航行的稳定性,控制器的鲁棒性较好。     

数字化船舶信息监控系统的应用

为确保船舶航行安全，实现交通现代化，阐述构建数字化船舶信息监控系统的必要性，实现该系统的主要技术因素、技术方案及系统具有的功能，通过案例介绍，认为构建一套科学的数字化船舶监控信息系统对交通管理部门实现有效调度管理、提高船舶航行安全性和船舶运输效率具有十分重要的作用，对提高航运管理水平、实现交通现代化具有重要意义。     

海上高速航行船舶触礁距离实时计算方法

为了提高船舶航行安全性,并应对航行过程潜在碰撞风险,提出海上高速航行船舶触礁距离实时计算方法。通过航海雷达探测船舶航行环境中的礁石目标,确定极坐标系下的位置坐标后,将其转换地心垂直坐标系下,构建基于PLSTM-FCN的船舶航迹预测模型,从船舶自动识别系统中获取高速航行船舶历史位置、航速、航向、船舶长度、宽度以及吃水深度等AIS数据,将其作为模型输入,模型输出为船舶航行实时位置预测结果,结合礁石目标位置,完成触礁距离的实时计算。实验结果表明,该方法可预测船舶航行航迹,预测MSE值仅为0.002 2;可实现船舶触礁距离的实时计算,计算结果与实际距离误差介于0.77～1.55之间。