精确反馈线性化在船舶航向保持器上的应用

现有的船舶航向保持器的设计大都采用Nomoto线性模型，而忽略了船舶操纵运动的非线性因素，因此航向控制的精度比较低。选择状态反馈精确线性化方法，将响应型船舶运动的非线性数学模型进行线性化，再利用基于闭环增益成形算法的鲁棒控制器进行控制，然后在Maflab的Simulink下进行系统仿真，仿真结果表明，所设计的基于闭环增益成形算法的控制器比基于LQR的控制器具有更好的控制能力。     

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.     

模糊控制在船舶智能控制中的应用研究

为解决船舶航行过程中的横向运动控制问题,本文提出一种基于闭环增益成形算法和T-S模糊算法的新方法。其中T-S模糊优化算法用来计算滚转和偏航的加权系数,并结合闭环增益成形算法,设计了鲁棒PID控制器对横摆和偏航进行控制,并将其组合成横向控制器。仿真结果表明,该控制器具有较强的鲁棒性和自适应能力,对船舶横向运动控制以及转向器的损失可以通过一个合理的加权系数来降低。本文提出的方法对船舶横向运动控制提供了一种新的理论,为实际工程中的应用提供了理论基础。     

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。     

船舶参数激励横摇运动鲁棒控制

船舶横摇运动是船舶非线性运动中的一个重要研究课题。本文在非线性船舶运动模型的基础上,利用精确反馈线性化将船舶参数激励横摇运动模型转换为线性模型,然后根据一阶闭环增益成形设计非线性鲁棒控制器,最后利用有无干扰情况下的船舶横摇运动来说明本文所设计控制器的鲁棒性强。     

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。     

船舶航向保持的鲁棒神经网络控制

设计一个N5-5-5-5-5-5-1前向神经网络,经训练得到一个开环的船舶航向保持控制器,使其能够较好地保持典型输入信号作用下的船舶航向;然后应用闭环增益成形算法,形成闭环控制系统.这种基于神经网络的航向保持方案,将神经网络的适应能力、非线性函数映射能力和闭环增益成形算法的鲁棒性结合起来,改善了系统的鲁棒性能.这种方法设计过程简单,物理意义明显.     

船舶横摇运动中的混沌及其非线性简捷控制

为了描述并控制船舶横摇运动中的非线性随机现象,用混沌的Duffing方程刻画船舶横摇运动的非线性现象,符合程度较好,说明船舶在海浪作用下的运动在一定条件下可能产生混沌现象。采用精确反馈线性化和闭环增益成形算法相结合的非线性简捷控制方法控制船舶横摇运动中的混沌,取得了令人满意的控制效果,仿真结果验证了所设计的控制器具有良好的鲁棒性。     

规则纵浪中船舶参数激励横摇运动的鲁棒控制

为有效控制船舶在参数横摇运动中的失稳状态,根据规则纵浪中船舶参数横摇系统的非线性数学模型,设计了一种具有鲁棒性的非线性控制器.采用精确反馈线性化方法将纵浪中船舶参数横摇系统的非线性模型线性化,然后用闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器.在考虑不同的干扰和模型摄动情况后进行了仿真试验.仿真结果表明该控制策略对于船舶参数横摇系统十分有效,且鲁棒性能令人满意.算法的设计过程简单,物理意义明显.     

基于反馈线性化与闭环增益成形的减摇鳍控制

根据减摇鳍系统的非线性数学模型,设计了一种具有鲁棒性的非线性控制器。通过采用精确反馈线性化方法将减摇鳍系统的非线性模型线性化,然后用闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器。用Matlab的Simulink工具箱分别对相同海况下未进行减摇控制、已设定航速及航速减半状态时采用减摇鳍控制的非线性数学模型进行仿真。仿真结果表明,该控制策略对于减摇鳍非线性控制系统是十分有效的,特别是鲁棒性能令人满意。算法的设计过程简单,物理意义明显。     

基于Bech模型的船舶航向自抗扰控制器设计与仿真

基于船舶非线性Bech模型提出了一种新型船舶航向控制器——高阶自抗抗控制器(ADRC),该控制器主要由三阶TD、四阶ESO和非线性状态误差反馈(NLSEF)三部分组成.设计扩张状态观测器时,采用二阶TD的滤波功能对系统输出进行噪声滤波,并用其滤波值来建立扩张状态观测器.通过航向改变、参数摄动、外界干扰的仿真试验表明,自抗扰控制器控制效果良好,具有较强的鲁棒性.     

航海模拟器中适应式鲁棒航迹保持算法

为了更方便地使用航海模拟器进行培训,减少大船、小船自动操纵中的算法切换或参数调整.采用将船舶操纵性指数计算代入控制器设计中的方法,基于闭环增益成形算法,给出一种通用的适应式鲁棒航迹保持算法.通过对11条船的测试,控制效果令人满意.该算法实施过程简单、物理意义明显且具有一定的鲁棒性.     

基于反馈线性化的船舶航向自适应模糊滑模控制与仿真

针对非线性船舶航向控制中船舶参数不确定性以及外界干扰随机性的特点,基于反馈线性化方法和模糊系统的逼近能力,提出了一种新的基于反馈线性化的自适应模糊滑模控制器的设计方法,并在李雅普诺夫稳定性理论的基础上导出了自适应律。以某船为例,并利用Matlab进行仿真研究,仿真结果表明所设计的控制器是有效的。     

离散型闭环增益成形算法及其应用

将闭环增益成形算法推广到离散系统中去。分别用Z变换、差分反演法和双线性变换给出一阶、二阶和三阶闭环增益成形算法的离散形式，然后针对船舶航向保持问题，在Matlab环境中进行了仿真研究。仿真结果表明，航向保持的跟踪速度快、没有超调，当模型参数改变时，控制器具有一定的鲁棒性，说明离散型闭环增益成形算法是有效的。     

Path-planning algorithm for ships in close-range encounters

Efficient maritime navigation through obstructions at close range is still one of the many problems faced by mariners. The increasing traffic densities and average cruise speed of ships also impede the collision avoidance process by reducing the time available for decision making. This study develops a path-planning algorithm that determines an optimal navigation path for ships in close-range encounters, using known and predicted data about the traffic and environment. An improved ship dynamic model has also been developed to better approximate the ship movement under external influences, and the algorithm was evaluated with a set of test cases simulating various traffic scenarios typically encountered at close range. Since the method is based on evolutionary algorithm, the algorithm behaviours were evaluated statistically, where properties such as consistency and practicality of the algorithm outputs are discussed.