闭环增益成型算法在运动控制器中的应用

我国内河众多,海上疆域广大,蕴含着丰富的石油、天然气、可燃冰、有色金属等资源,因此,对海洋资源的开发以及海上航运业的发展成为国家的战略规划重点。舰船与海上作业平台作为主要的开发工具,其设计与制造质量具有重要意义,尤其对于高速化、大型化船舶的运动控制。船舶在海上受到的干扰力较多,本文针对船舶的运动过程建立模型,并结合闭环增益成型算法设计一种船舶运动控制器,并基于Matlab进行了船舶运动控制器的仿真试验。     

基于RBF神经网络优化模糊规则的USV自适应模糊滑模控制

针对USV运动航向控制问题,利用基于Lyapunov稳定性理论的滑模控制方法设计USV航向控制律.考虑到USV运动系统具有不确定性,利用具有万能逼近性能的模糊系统对USV运动模型中不确定项及外界干扰项进行模糊逼近.为了进一步提高模糊系统的逼近性能,采用具有学习能力快的RBF神经网络对模糊系统进行在线学习,优化模糊规则.仿真结果表明基于RBF网络优化的模糊控制该算法能够实现USV航向连续稳定跟踪.     

带缆水下机器人控制仿真模拟与水动力分析

本文以Fluent多重滑移网格技术对带缆水下机器人系统进行路径跟踪的仿真计算,将收放缆反馈控制与PID算法调节螺旋桨转速的双重控制策略应用于带缆水下机器人系统,并对带缆水下机器人系统升沉运动的控制误差、螺旋桨推力与转速之间的关系、缆绳系统的张力特性以及水下机器人的水动力响应做了分析。文中数值模拟结果表明,双重控制策略下,带缆水下机器人路径跟踪的控制运动较为精确,其升沉运动位移最大误差约为0.2 m;螺旋桨的转速与推力呈正相关性,转速越大,推力也越大;水下机器人沿预定轨迹运动过程中,缆绳系统张力呈现周期性震荡的变化规律,机器人主体受到的水动力荷载与多种因素相关。     

考虑横向漂移的船舶路径跟踪自抗扰控制

针对船舶运动系统中内部动态不确定和外部干扰等问题,进行了欠驱动船舶路径跟踪的自抗扰方法研究。利用Backstepping设计参考航向角,并通过线性扩张状态观测器对流干扰和横向运动引起的横向漂移进行估计。其次,根据自抗扰算法对航向进行控制,采用线性扩张状态观测器对外界干扰及内部不确定项进行估计。最后仿真结果表明,在风流干扰下所设计的控制器仍能使船准确地跟踪上参考路径,验证了所提控制方案的有效性。     

船舶非线性响应的鲁棒神经网络控制研究

随着船舶向着大型化、高速化方向发展,海上交通变得更加拥挤,船舶的航向控制技术引起了研究人员的广泛关注。自动舵是船舶航向控制的关键设备,近代以来出现了PID自动舵、自适应自动舵和智能自动舵等多种形式,实现了船舶运动的精确、灵活控制。本文针对船舶航向控制的非线性响应问题,在传统自动舵系统的基础上,提出了一种基于鲁棒神经网络的船舶运动控制器,建立了海风、海浪等非线性响应的函数模型,并进行了该船舶运动控制器的控制响应仿真。     

基于动态面控制方法的船舶动力定位控制

随着经济全球化的发展,人们对海洋资源的开采和利用逐年加深,在开采过程中需要在船舶上进行数据采集,保证船舶的稳定性对研究海洋资源具有深远的意义。本文通过引入动态面控制算法,利用动态面控制技术为动力定位船舶设计控制系统,每一步使用一阶积分滤波器来评估虚拟控制输入的导数,仿真结果显示与传统的backstepping方法相比减低了计算的复杂度,增强了鲁棒性。     

基于线性矩阵不等式的船舶动力定位滑模控制

为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题, 提出了一种基于线性矩阵不等式的滑模控制算法; 将跟踪误差设计为滑模函数, 设计线性矩阵不等式, 求解状态反馈增益; 基于二次型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 设计切换函数, 使系统对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性, 避免出现抖振现象; 对基于线性矩阵不等式的滑模控制器进行仿真, 计算出动力定位船舶在无扰动的匀速运动和有外界环境扰动的变速运动2种不同情况下的前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进加速度、横荡加速度、艏向角加速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等; 分析了状态反馈增益线性矩阵、边界层、切换项增益等参数对控制性能的影响。研究结果表明: 采用基本滑模控制使前进速度达到期望值所需的上升时间为29s, 而新算法为15s, 节约了48.28%;采用基本滑模控制使横荡速度达到期望值所需的上升时间为24s, 而新算法为14s, 节约了41.67%;采用基本滑模控制使艏向角速度达到期望值所需的上升时间为13s, 而新算法为10s, 节约了23.08%。可见, 设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性, 具有控制输入连续、控制抖振小、不存在过高增益等特点。      

船舶航行横向补给超越运动控制

为了保证舰船安全,进行航行横向补给运动控制时,需要充分考虑两船水动力干扰的影响。引入水动力干扰负载到船舶运动方程中,建立了两船航行横向补给运动数学模型,给出了运动控制算法。仿真结果表明,两船能够较好地保持期望的横向距离,从而保证了航行横向补给舰船的安全。