基于模糊神经网络控制的水面无人艇建模与仿真

水面无人艇(USV)的控制是智能控制与船舶控制的一个重要研究方向.由于船舶运动的复杂性,自动航向控制是水面无人艇研究中的一个关键问题,传统控制方法很难取得好的控制效果.本文对模糊逻辑和神经网络智能控制方法及其在船舶航向控制的运用进行了研究.选取滑行艇作为无人艇艇体,采用喷水推进装置,利用模糊神经网络对艇体的航向进行控制,利用Matlab软件对水面无人艇进行建模,对3种海况干扰无人艇的情况进行实时仿真,仿真结果基本令人满意.     

水面无人艇研究现状

智能无人系统具有运行效率高、可靠、低成本的特点,面对紧急救援、敌情侦察等危险场景,无人系统往往更具优势。近年来用于科研与军事的无人艇平台陆续出现。这类平台一般都具备环境感知、智能决策与通信的基本功能。如有特定作战需求,则还可搭载传感或武器装备。本文根据现有典型无人艇平台,总结无人艇系统的基本软硬件架构,包括传感、决策、通信等模块。然后,针对决策模块中的数据处理、路径规划与控制对现有技术进行回顾,并基于此提出一种能有效处理系统约束条件、实现一定系统性能优化的无人艇预测控制方法。最后,对未来战场上无人艇在海、陆、空敌情发现/作战中扮演的角色与功能需求做简要展望。     

无人水面艇航向航速协同控制方法

针对无人水面艇(USV)在未知干扰环境下的自主运动控制问题,研究基于模糊自适应算法的USV航向、航速协同控制方法。设计以航向角偏差量和直线距离偏差量为输入量,以及以舵角偏转控制量和油门开度控制量为输出量的模糊控制算法,并通过以航向角偏差率为输入量及以控制周期为输出量的自适应控制,使系统响应外部环境的变化。以抵达目标点的时间和舵角变化次数的加权最小值作为优化目标函数,分析论域、控制周期等参数对控制效果的影响。优化分析的结果表明:此方法在不同海面风、浪、流随机干扰的条件下,均能使无人艇抵达目标点,实现点对点的自主航行。     

无人水面艇导航技术研究

无人水面艇是能够自主航行的无人水上航行器,在海洋勘探、海上救援和海上运输等领域具有重要意义,其海上自主航行的关键是自主航行与导航技术。无人水面艇导航技术主要包括单一导航方式和组合导航方式2类。本文以卫星导航、惯性导航及组合导航方式的无人水面艇导航技术为基础,对比不同导航技术的特点,总结无人水面艇导航技术发展趋势。     

国外无人水面艇一瞥

一、美国海军无人水面艇就像其它所有新概念武器一样,美国在无人水面艇的开发方面也居世界领先地位。在过去几年间,美国海军对开发无人水面艇的投资已超过5亿美元,现已有多种型号在研制、实验和评估之中。◎“海上猫头鹰”无人水面艇“海上猫头鹰”是美国海军研究所于90年代初牵头开发的一种前线专用无人水面艇,也是美海军开发无人水面艇的首次尝试。“海上猫头鹰”全长3米,最大航速可达45节,续航力为10小时(12节航速)和24小时(5节艇速),吃水仅18厘米,可在近岸非常浅的水域活动,其主要任务是雷区侦察、浅海监视、海上拦截和保护港口码头周边…     

无人水面艇反潜战载荷分析

反潜型无人水面艇可以有效提高执行反潜任务的效费比,但无人水面艇反潜战载荷与传统作战平台的反潜任务系统相比有较大区别,无人水面艇反潜战载荷走向实用面临诸多问题。本文从无人水面艇反潜任务需求、反潜战载荷适装性、反潜战载荷集成方式和使用方式等方面对无人水面艇反潜战载荷进行了综合分析,可为反潜型无人水面艇以及无人水面艇反潜战载荷的设计和使用提供借鉴和参考。     

水面无人艇任务规划系统分析

水面无人艇因具有速度快、机动性高、自主性强等特点,在军事上具有十分广阔的应用前景。水面无人艇能在非结构化的、不确定性的海洋环境下完成任务,任务规划系统是其发挥效能的重要环节,一定程度上标志着无人艇的智能水平。对任务规划系统概念、发展现状、类型划分等方面进行研究,结合水面无人艇平台特点,探讨无人艇任务规划系统的研究难点与特点,并针对典型任务下的任务规划系统进行分析研究,对水面无人艇任务规划系统未来应用的发展方向进行了展望。     

一种面向多任务应用的无人水面艇

无人水面艇为海洋开发和航运发展提供了一种在危险情况下代替人工进行作业的安全途径。文章介绍了一种面向多任务应用无人水面艇,在简述无人水面艇结构和主要性能的基础上,进行了一系列应用实验,包括港口监控、水质采样、水文勘察、海事搜救。实验表明该无人水面艇在上述领域具有较好的应用前景。     

水面无人艇自主跟踪系统设计

基于国内的研究主要集中在单艇作业的系统设计及控制算法上,为了使无人艇能够实现自主跟踪领航船,与领航船实现多艇协同作业的功能,从系统体系构架、控制流程等方面分别对控制系统进行设计。试验结果显示:设计的跟踪系统能够实现自主跟踪的功能。     

基于CAN总线的分布式水密门报警控制系统

该文简要讲述了分布式水密门报警控制系统的结构、硬件和软件的设计。     

基于CAN总线的船舶智能控制系统设计

基于CAN总线的船舶智能控制单元以S3C44BOX作为MCU，采用MCP2510CAN控制器，组成分布式控制系统。将该系统应用于船舶的集中控制，通过CAN智能节点，将船舶中的各部分连接局域网，实现现场的检测、控制，远端的监视、报警。     

基于嵌入式的新型井下以太网总线的设计

介绍一种应用于井下测井仪器上的新型交换式以太网总线结构。该总线结构能有效克服共享式以太网总线所造成的不确定性,并利用嵌入式系统,使该网络总线设计更简洁、更稳定。同时研究交换式以太网总线的硬件及软件设计。经验证,该设计完全满足当下网络化测井的需求。     

CAN总线技术在船舶分布式水密门报警系统中的应用

随着船舶测控技术的发展,各类传感器在船舶分布式水密门报警系统中得到了广泛应用,传感器分布在设定好的监控节点位置,采集所需的各类物理数据,采集数据通过CAN总线传输至监控中心,在监控中心完成船舶机舱的数据分析,出现故障则发送报警信息。基于CAN总线技术的船舶分布式水密门报警系统能够实时监控机舱的运行状态,是保障船舶安全运行的重要系统。本文分析了整个系统的数据采集、传输、分析等功能模块,最后给出了仿真结果。     

基于改进蚁群算法的水面无人艇智能避碰方法研究

针对水面无人艇路径规划中算法搜索能力的不足以及蚁群算法的早熟和停滞现象的问题,本文提出了改进的蚁群算法。具体是：在基本蚁群的基础上,通过增加方向角权值这一参数,来改变选择概率,从而实现智能避碰和优化全局路径。二维路径的matlab仿真实验表明,改进的蚁群算法具有更好的路径规划和适应度值变化。     

基于粒子群优化支持向量机的水面无人艇故障诊断

通过故障诊断可以对水面无人艇可能要发生的故障进行预报、分析和判断,从而及时调整控制策略以抑制故障的继续发展,为消除故障、维修设备提供准确的技术支持.SVM是基于统计学习理论的一种机器学习方法,常用于故障诊断,在解决小样本、高维度、非线性模式识别问题中有独特优势.SVM分类的准确率由其属性参数直接决定,而最佳的属性参数往往很难直接得到.基于粒子群优化SVM(PSO-SVM)的水面无人艇故障诊断方法,即将粒子群优化算法(PSO)用于SVM属性参数的优化选择中,充分发挥了PSO算法的全局搜索能力和易于实现的优势.水面无人艇故障诊断实例分析结果表明,PSO-SVM的故障诊断精度高于BP-NNs、GS-SVM、GA-SVM。PSO-SVM适用于水面无人艇故障诊断.     

一种无人水面艇运动模型参数在线辨识方法

  目的  提出一种能简单、快速获取无人水面艇推进系统经验模型的方法。  方法  在理论模型的基础上,通过Z型操舵、定常回转以及发动机稳定转速试验,获取实船运动数据,搭建基于Simulink Project的开发平台,完成对喷水推进系统关键参数的估计、辨识以及仿真对比,从而得到实船推进系统经验模型。  结果  经验证,采用该方法所得推进系统模型正确、合理。  结论  所做研究可为无人水面艇控制系统的开发奠定基础。     

基于CAN总线和软PLC的船舶辅锅炉控制系统

文章介绍了基于SLT—06B—OP软PLC的双CAN总线船舶辅锅炉自动控制系统,该系统实现了软PLC技术和双CAN总线冗余技术的融合,经试运行,系统性能可靠稳定,大大提高了船舶辅锅炉控制系统的技术水平。     

船舶嵌入式CAN总线控制系统设计

随着船舶工业的进步,计算机通信技术和自动化控制技术已经被广泛应用在船舶的航行控制和机舱监控系统中。而目前最有应用前途的就是基于CAN的现场总线控制技术,其优异的性能尤其适用于船舶的机舱监控领域。本文重点研究CAN总线技术的组成原理和应用前景,并基于此设计船舶用机舱智能控制系统。从系统的整体设计,到重要电路单元的元器件选择,最终实现了基于嵌入式CAN总线的船舶机舱监控系统。系统采用的微处理器为性能强大的嵌入式C8051F040单片机,最后给出CAN总线控制程序的界面设计。     

水面无人艇动态避碰策略研究

针对水面无人艇局部路径规划的局限性,本文提出基于水面无人艇操纵运动模型的动态智能避碰,根据海事规则将局面划分为对遇、交叉相遇以及追越3种局面,在MMG模型基础上,通过避碰模型改变USV的航速和航向,完成USV对动态障碍物的智能避碰.通过实验仿真表明,该方法有效地完成USV对动态障碍物的危险避碰,符合USV实际航行避碰操纵要求.