利用恒向线算法计算船舶最短时间航线

介绍一种恒向线算法计算船舶最短时间航线。该算法是一种等时性离散动态规划法。具有等时线直观明显的几何意义。便于分析天气系统变化趋势与船舶最佳航线之间的动态关系。本文进行了最短时间航线计算模拟试验。     

解析模型预测控制在欠驱动船舶路径跟踪控制中的研究

从非线性、欠驱动、船舶模型参数易控制的欠驱动船舶路径跟踪入手进行问题研究,采用解析模型预测控制,利用单输入单输出系统,通过对时域上的性能函数求导求得最优控制律;然后利用无干扰情况的船舶模型进行最优控制律的简化;最后通过实验进行验证本文算法与带反馈的线性欠驱动船舶直线路径跟踪控制相比趋于稳定的时间要短,可靠性和收敛性更优。     

基于零空间的船舶自主靠泊自抗扰控制分配

[目的]针对船舶自主靠泊过程中遇到的环境载荷、岸壁效应、模型不确定以及控制分配误差等多源干扰的影响,提出一种基于零空间的自抗扰控制（ADRC）分配方法。[方法]首先,建立船舶靠泊运动数学模型、多源干扰模型和控制分配模型,并据此设计神经网络扩张状态观测器（NNESO）实时估计船舶运动及其所受到的多源干扰;然后,引入零空间技术设计控制分配算法,并基于该方法实现先泊位外镇定再平行靠泊方案;最后,证明船舶自主靠泊系统在所提方法下所有误差信号一致最终有界,保证船舶自主靠泊过程的安全性。[结果]仿真对比结果表明,所提方法在轨迹跟踪效果与二次规划（QP）法近似的情况下,求解所需时间为其1.3%,艏向最大分配误差为伪逆法（PI）的36.51%。[结论]所提方法在满足靠泊运动控制精度的同时,求解所需时间明显缩短,最大分配误差显著降低,保证了控制分配的实时性与精确性。     

基于非线性Backstepping的船舶动力定位控制算法研究

船舶动力的定位控制属于是闭环控制系统,因风浪等一些环境产生的干扰,使船舶动力的定位控制存在不确定性的干扰控制问题。当前算法对船舶的动力进行定位控制时没有对船舶的动力进行定位,导致船舶动力定位控制不准确的问题。提出一种基于非线性Backstepping的船舶动力定位控制的算法。对船舶动力定位控制的数学模型进行构建,利用非线性Backstepping反步积分的控制原理为基础,通过对Lyapunov函数递推进行2步船舶控制律进行构造,有效地提高了定位的精确度,由此完成对非线性Backstepping的船舶动力定位控制算法的研究。实验结果证明,利用该算法使船舶动力定位控制的精确度较高。     

船舶通信系统中的信道分配算法设计

船舶通信系统的信道分配可有效均衡信道负载、节约通信开销,为此,提出基于新的船舶通信系统信道分配算法。首先建立船舶通信系统的通信能耗模型,然后采用链路节点自适应收发方法均衡控制船舶通信系统信道分配,并采用链路节点自适应收发控制模型控制不同接收阵元,建立节点和资源信息调度之间的联系,达到合理分配船舶通信系统信道,最后对船舶通信系统信道分配算法的性能进行仿真测试。结果表明,本文方法提高了船舶通信系统的吞吐量,使各信道之间的负载更加均衡,能够大幅度降低船舶通信系统通信开销,是一种有效的船舶通信系统信道分配算法。     

船舶推进装置动态过程的数字仿真算法

船舶推进装置及其控制系统的数学模型由微分方程、参数方程和逻辑方程等组成,仿真算法需按模型的特点去选择。作者介绍了关于R-K-4算法的经验;并提出了关于线性和非线性系统的快速算法,并把它们与已有的算法作了比较。     

强风中普通商船动力定位的研究

为实现普通商船在强风浪中的动力定位,首先采取艏找风控制,然后使船舶保持顶风静止.该文采用基于闭环增益成形算法和精确反馈线性化算法的航向保持非线性鲁棒控制器与基于闭环增益成形算法的速度鲁棒控制器.建立了船舶顶风状态的非线性数学模型,为反映船舶在顶风静止状态的舵效,提出了等效船速的概念并推导出其计算公式.对处在强风(8级以上)、浪等扰动中的非线性船舶运动数学模型进行仿真,仿真曲线表明通过对船舶运动进行非线性鲁棒控制,实现了强风中普通商船的动力定位.     

船舶水弹性力学理论的研究进展

船舶水弹性力学理论在过去近三十年中取得了长足的进步,尤其是三维水弹性理论已被广泛应用于船舶与海洋工程领域的流固耦合问题中。全面地回顾了国内外船舶水弹性力学理论及试验研究的历史与现状,将水弹性力学理论分为二维线性、三维线性、二维非线性、三维非线性等几类,以波浪中航行船舶的水弹性力学理论研究与应用为重点,依次进行了介绍。在船舶水弹性试验方面,着重介绍了国内在整体弹性船模试验研究中取得的进展。     

基于DSC方法的船舶航向反馈控制

船舶控制系统一般都是非线性,因此在非线性系统中常常会存在不稳定的问题,为了有效提高船舶航向控制系统的输入信号和输出信号闭环系统的稳定性。本文采用DSC(动态面控制)算法来进一步提高非线性闭环系统中控制的稳定性,首先对船舶的航向控制系统进行状态建模,然后设计具有反馈控制回路的DSC控制器,从而解决控制信号的瞬态不稳定的问题。     

内模控制及逆系统算法在船舶运动控制中的仿真研究

针对船舶运动中多变量耦合、非线性、滞后、限幅、绿色控制等控制问题,提出运用基于逆系统方法的内模控制方法。该方法采用逆系统方法原理将船舶的非线性模型变换成伪线性模型,对伪线性模型进行内模控制。同时提出内模控制与其他控制策略相结合例如 PID 控制相结合的控制方法以期提升内模控制的控制效果。仿真结果表明,内模控制具有良好的控制效果,而且精度高,鲁棒性好,同时参数调节简单方便。     

基于一个二维水弹塑性方法和极限强度评估的集装箱船结构优化研究

海上极端波过去常常导致船舶结构的极限破坏,而船舶的极限崩溃涉及到船体结构的动态极限强度和结构非线性.该文通过二维的水弹塑性方法研究了集装箱船在极端波中的非线性动态强度,该方法考虑了船体的极限强度以及船体结构的非线性和波浪之间的耦合.并通过该二维水弹塑性方法和极限评估方法研究了船体结构的结构优化.文中还通过二次规划法(SQP)来优化基于非线性的动态强度的集装箱船体结构.最少的结构成本是本优化的目标函数,约束条件保证船体的强度要小于结构的极限强度,并且结构设计尺寸要满足规范的要求.随着设计波高的变化,这些优化的设计变量的变化趋势得以发现,一些研究的结论可用于船舶规范的参考.     

半潜式平台动力定位推力系统分配策略研究

为使动力定位推力分配系统在任何时刻均能产生定位所需的力和力矩,保证船舶处于预定位置或航向,在考虑推进器回转速度、额定功率、工作区限制和避免分配矩阵奇异值等约束条件下,采用基于序列的二次规划法在每个控制指令间隔内求解凸二次规划问题,实现了推力在不同推进器之间的最优分配,使系统的总功率消耗达到最小并有效的减少了推进器的损耗,计算实例结果验证了该方法的有效性。     

船用非线性碟簧动力吸振器的参数研究

采用有限元法、改善的动力缩减法和数值积分法,讨论了耦合非线性碟簧动力吸振器的船体结构动力响应的计算,并通过数值优化法参数,研究了非线性碟簧动力吸振器的线性刚度、粘性阻尼、Coulomb阻尼、刚度非线性和弹簧组合系数与抑振带宽的关系,得到了若干有意义的结论,可作为船用非线性碟簧动力吸振器宽带优化设计的指导原则。     

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.     

动力定位系统舵桨组合推力分配研究

针对船舶动力定位系统推力分配中舵桨组合的推力建模及优化分配问题,将舵桨组合的非凸推力区域转化成4个凸区域,采用切换控制理论把非线性最优化问题转换为线性最优化问题。将舵、桨组合起来进行推力建模,以最小推力、舵角变化和推力误差为优化目标,对推进器的推力变化率、舵角变化率、推力误差范围和推力大小作了约束,采用多边形的方法把推力范围约束转化为线性不等式约束,基于总功率与总推力误差在不同推力区域设计了切换逻辑,实现了在不同的推力分配器中的切换。实船试验结果表明舵桨组合推力模型及推力分配策略是切实可行的,满足了推力分配的要求,在配备舵的动力定位船上具有良好的应用前景。     

基于LQR限宽水域中KVLCC2操纵运动控制研究

在航道宽度受限制的水域中,船舶会受到岸壁效应的影响,横向力与首摇力矩将发生变化,这会对船舶的航行安全产生不利的影响.鉴于此问题,本文应用现代控制理论最优控制LQR方法,对在限制水域中航行的超大型油轮KVLCC2的操纵运动进行控制研究.为便于LQR控制器的设计,采用线性状态空间形式的操纵运动方程,基于数值模拟获取的相应线性水动力系数,计算出使目标函数值最小的增益矩阵K,从而得到满足最优控制规律的时域舵角变化,实现对不同宽度水域中船舶运动的最优控制,并与极点配置控制法作比较,验证LQR控制器的优越性.结果表明,当船岸距离d/L≥1.2时,船舶基本不受岸壁效应的影响,控制幅度极小;当岸壁距离d/L=0.25时,摆舵角度将超过6°,同时船舶前进速度也将下降,下降幅度将超过前进速度的10%,岸壁效应明显.     

基于非线性PID的船舶航向自动舵设计

本文针对线性Nomoto船舶运动模型,讨论了一种非线性PID船舶航向自动舵的设计方法,该非线性PID船舶航向自动舵设计简单,在航向自动舵传统PID设计方法的基础上,串连一项非线性函数便可实现,设计过程中需要合理的构造非线性函数。本文以大连海事大学实习船“育龙”号为例进行仿真研究,仿真结果表明非线性PID型控制比传统的PID型控制具有优越的动静态性能,鲁棒性能好。     

Finite-time ship formation control based on extended state observer北大核心CSCD

[目的]为了解决大多数船舶编队控制算法控制周期长和时效性差的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的有限时间控制策略。[方法]采用一种非线性终端滑模算法,通过对控制律分区域设计,克服传统终端滑模存在的奇异性问题;将非线性终端滑模与图论结合,实现有限时间的船舶编队控制;利用扩张状态观测器观测并补偿船舶模型中的不确定性及外界的干扰,以保证船舶编队控制的精确性;运用Lyapunov理论验证船舶编队控制律的稳定性。[结果]仿真结果表明,采用所提控制策略使整个编队系统误差在5 s左右趋近于0,从而实现了稳定。[结论]该控制策略能有效控制船舶编队,且控制速度快、时效性好。     

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…     

船舶航迹跟踪的滑模控制

为了解决船舶路径跟踪中的非线性问题,在建立船舶非线性模型的基础上,采用指数趋近律,设计了船舶轨迹跟踪的滑模控制器,分别进行了动态直线跟踪和环形跟踪仿真试验,仿真结果表明,船舶动态轨迹跟踪性能良好,能精确保持航迹。