船舶航行速度估计的数学模型研究

为解决因船舶航速过度灵活转换而造成的海洋航行事故,提出船舶航行速度估计的数学模型。以直航运动稳定性作为分析前提,建立必要的操纵辨识条件,从而实现船舶航速操纵参数的辨识处理。在此基础上,按照船体的实时受力情况,获取与直向航行相关的物理参数,再按照测速校正原理,完成船舶航行速度估计的数学模型研究。模拟应用实验结果表明,FPS(顺逆转换系数)、SPS(逆顺转换系数)均出现明显下降,船舶航速转换灵活性得到适度抑制,大幅降低海洋航行事故的发生几率。     

船舶航向高精度控制的数学模型与分析

原有模型保持船舶最佳航向的能力较差,导致船舶航向数学模型的控制精度降低,为此构建一个全新的船舶航向高精度控制的数学模型。该模型通过建立固定坐标系与动力学坐标系,获取二者之间的转换关系;根据控制方程得出航向模型,通过建立性能准则函数,约束船舶保持最佳航向的近似代价函数,实现高精度控制数学模型的构建。实验结果表明,与原有数学模型相比,此次构建的模型,通过约束船舶航向,规范了船舶航向的最佳位置,实现对船舶航向的高精度控制。     

基于最小二乘算法的船舶航行轨迹控制研究

为保证船舶一直按照既定的轨迹航行,避免发生碰撞事故,进行船舶航行轨迹控制具有重要的现实意义。为此,基于最小二乘算法进行船舶航行轨迹控制方法研究。该研究前一部分获取AIS系统中的船舶航行实时数据,得到船舶航行位置,后一部分利用最小二乘算法,并结合前一部分获取的数据,预测船舶航行角度和方向,控制船舶航行。结果表明:1)整体来看,实际航行轨迹线路与预期航行轨迹线路之间的拟合优度为0.984 7,比较靠近1,说明船舶航行实际轨迹符合预期。2)局部来看,通过对比10个不同节点处的航行速度和航行方向,误差比较小,说明所研究方法的航行轨迹控制效果较好。     

容错控制在船舶航行中的应用

在船舶的航行控制系统中,各种复杂通信导航设备变得更加复杂,其稳定性和安全性成为人们研究的重点。而常规的容错控制已被广泛应用在复杂的工控领域,在船舶控制系统中,主要的控制对象即螺旋桨的矢量控制,基于此控制技术的容错系统也应运而生。本文主要介绍船舶螺旋桨的调距控制系统,并针对常见的故障开展容错控制与冗余设计的相关研究。在对船舶运动的建模设计中,应用容错控制算法,并建立仿真环境,验证其控制效果和性能。     

论船舶航行事故的预控

中国古代哲学家“老子”有句名言:“凡事豫则立,不豫则废”,把它具体运用于当代预防船舶的航行事故,把预防工作做在前头,可以有效地防止事故的发生。这就是本文论述的预控理论以及在实践中的应用。     

航行船舶安全状况风险预先控制方法研究

从人、船、环境三方面影响因素对船舶安全状况进行分析,制定了前瞻性、独立性、协调与效率、相互牵制等船舶风险预先控制原则,在工作程序、方法、信息的不断循环过程中选取有效地控制方法,实施控制。     

黄金分割法在船舶航行控制中的应用研究

将舵角变化很小的船舶航行系统看成是一阶Nomoto线性模型,在此基础上通过最小方差控制理论得到了黄金分割自适应控制系数;然后利用雅各布理论说明对于时变离散线性二阶闭环系统,黄金分割法在船舶控制中的鲁棒性;最后通过仿真实验以及PID控制来说明本文所采用的黄金分割法的有效性。本算法能够降低环境参数对船舶航行的干扰,保证船舶的安全行驶。     

船舶航行安全研究

伴随我国航运事业的突飞猛进,我国沿海及主要内河各类航道交通流和涉水施工均与日俱增,加之各种自然因素诸如台风、潮汐、水流等的综合作用,船舶交通事故、险情时有发生。安全风险评估是有效控制安全隐患、降低安全风险的有效手段,也是近年来行业和海事机关研究的热点重点之一。     

浅水航行船舶限速的探讨

本文根据船舶在浅水区航行时的限制航速的原则，建立了限速数学模型，它为驾驶员在浅水区航行时提供了参考依据，也为自动化提供了数学模型。     

舰船图像高精度压缩研究

为了提高舰船图像的识别能力和传输能力,需要进行舰船图像的高精度压缩处理,提出一种改进向量量化算法的舰船图像高精度压缩方法。对舰船图像采用LGB算法进行量化编码,对编码后的舰船图像进行向量量化误差补偿,结合小波降噪方法进行舰船图像的降噪处理,采用误差补偿编码的方法对舰船图像的噪点进行信息增强处理,提高舰船图像的识别能力,结合邻近像素点的结构重组方法,实现舰船图像的高精度压缩。仿真结果表明,采用该方法进行舰船图像高精度压缩,提高了对舰船图像的识别能力,图像压缩后的输出峰值信噪比较高,说明压缩的精度较高,性能较好。     

舰船偏荡运动数学模型研究

大型船舶在海上锚泊的稳定性关乎船载货物和船舶工作人员的安全,舰船受到海浪、海风和洋流的作用会发生偏荡运动,使船舶发生走锚等现象,研究舰船的偏荡运动并改善舰船锚泊有重要的应用价值。本文建立了船舶锚泊运动数学模型,对船舶锚泊过程的受力进行详细分析,并基于Matlab软件完成了舰船偏荡运动的幅度仿真,有效提高了舰船锚泊的稳定性和安全性。     

船舶用风帆自动控制系统研究

风能是一种重要的清洁能源,利用风力风帆协助船舶航行,逐步成为一种理想的船舶节能减排措施。传统搭载风帆的船舶,其风帆的升降和风帆迎风角的改变基本靠人工来完成,这样不仅对于船舶作业人员来说劳动强度大,而且当风向发送改变时不能迅速、自动改变风帆的迎风角,操作具有一定的迟滞性,而且不能较为有效的利用风能。为了克服原始人工操帆过程中存在的这些问题和不足,本文对船舶用风帆自动控制系统进行研究,分析风帆的空气动力性能和控制方法,得到最佳帆位角和最佳操帆曲线的方法。在此基础对系统进行原理性的设计。系统操作简单,当风向改变时能自动改变风帆的迎风角,实现最佳的操帆曲线,为船舶提供最大的推进力,达到节约人力和节省资源的目的。     

舰船上层建筑结构动力响应的数学模型研究

传统的舰船上层建筑结构动力响应数学模型存在响应性能低的缺点,为此提出舰船上层建筑结构动力响应的数学模型研究。对舰船上层建筑结构的刚度、质量分布与阻尼进行计算,为动力响应数学模型的构建做准备,以上述准备条件为基础对舰船上层建筑结构动力放大系数进行求解,以得到的动力放大系数为依据采用数学公式对舰船上层建筑结构动力响应值进行计算,并对动力响应进行分析,实现了舰船上层建筑结构动力响应数学模型的构建。通过实验得到,构建的舰船上层建筑结构动力响应数学模型响应时间比传统模型快了271 ms,动力放大系数比传统模型增加了0.41,充分说明构建的舰船上层建筑结构动力响应数学模型具备更好的响应性能。     

无速度传感器高性能交流调速控制在船舶设计中的应用

船舶设计中,传统交流调速控制系统无法实现初速度与极限速度的快速调控,并且控制方式无反馈数据,为此设计无速度传感器高性能交流调速控制系统。设计无速度传感器控制模块以及矩阵交流调速控制模块,使用双模块并行控制,完成传感式无限变速,增加传感反馈机制,实现综合交流控制;通过计算速度辨识度以及电机转子磁链转速,实现交流调速控制系统设计,完成无限速交流调速控制。试验结果表明,设计的调速控制系统具备极高的有效性。     

随机风浪下船舶航速自适应控制

船舶在航行过程中受到参数扰动及海浪因素等影响,导致航速控制的稳定性不好,提出基于自适应反演误差补偿的随机风浪下船舶航速控制方法。构建随机风浪下船舶航速控制约束参量模型,采用船舶姿态信息的实时调节方法进行误差补偿,结合船舶的航速参量进行位姿修正,提高船舶航行的稳定性。采用Kalman滤波算法进行船舶航速参量的融合处理,实现自适应优化控制。仿真试验结果表明,采用该方法进行船舶航速自适应控制的稳定性较好,输出航速参量的自适应调节能力较强,提高船舶抗随机风浪能力。     

冰区海域船舶运动数学模型研究

为研究船舶在冰区海域的航行能力,首先建立冰块拖拽力模型,并与CFD算法进行耦合计算。计算结果表明,船舶航行速度越大,则冰块对其的拖拽力越大,二者线性相关。船舶在航行过程中可选用较小的航行速度,一方面冰块拖拽阻力较小;另一方面,采用较小的速度可提高船舶航行平稳性,安全性有所保障。     

海洋噪声环境中相位相干通信的研究

海洋通信环境复杂,容易受到干扰,从而导致传输速率慢、误码率高等问题,本文根据相位相干通信带宽利用率高的特点,并利用内嵌锁相环的决策反馈均衡器对接收的抽样信号进行调制,得到了克服码元干扰和频率偏移的输出信号,最后通过实验对影响系统通信的参数进行数值的选取。