PID航迹控制技术在舰船自动航行系统的应用

舰船自动航行系统在舰船自动化系统中占有重要地位。优秀的舰船自动化系统可以大大减轻船员的工作负担,并为舰船合理规划航线,节约舰船燃料,提升舰船的战斗力。PID航迹技术是目前应用的最为广泛的一种航迹控制技术,通过PID航迹控制技术可以保证舰船航向稳定。本文对PID航迹控制技术的原理进行了研究,并在此基础上提出了一种舰船自动航行系统的功能及架构,最后给出了PID航迹控制的基本流程图。本文提出了舰船自动航行系统功能完备,能够最大程度地为舰船作战及正常航行提供支持。     

基于进化算法的舰船航迹建模与仿真

舰船航迹自动化控制是提高舰船航行安全性的关键所在,将进化算法应用到舰船航迹建模中具有一定的可行性,对降低舰船航行成本、提高舰船航迹的自动化水平起着重要作用。本文概述了进化算法的基本流程和特点,提出基于进化算法的舰船航迹建模,并对舰船航迹建模进行仿真,得出混沌进化算法建模效果优于基本算法建模效果的结论,为提升基于进化算法的舰船航迹自动化控制系统的性能提供参考。     

人工智能算法的舰船航向混合自动控制

为了减少舰船航向混合自动控制偏差,设计一个人工智能算法的舰船航向混合自动控制方法。首先提出舰船航向混合自动控制结构,然后确定寻优参数和控制规则,并对航迹偏差计算,最后采用遗传算法实现最后的舰船航向混合自动控制。实验结果表明。此次研究的人工智能算法的舰船航向混合自动控制方法有效减少了控制偏差,并减少了控制时间,实际应用效果较好。     

神经网络的舰船航迹跟踪分析

舰船航迹具有比较强的时变性,对其进行研究具有重要意义。针对传统舰船航迹跟踪分析方法难以准确、在线性对舰船航迹进行跟踪,舰船航迹跟踪误差大的缺陷,设计了基于神经网络的舰船航迹跟踪分析方法。首先分析了舰船航迹跟踪的原理,指出各种舰船航迹跟踪分析方法的局限性,然后通过神经网络对舰船航迹进行有效拟合,建立舰船航迹跟踪分析模型,并对神经网络的相关参数进行优化,最后进行舰船航迹跟踪分析仿真模拟测试,神经网络的舰船航迹跟踪误差小于5%,远远低于舰船航迹跟踪实际要求的15%,而且舰船航迹跟踪精度要高于传统舰船航迹跟踪分析方法,舰船航迹跟踪分析时间更短,能够进行舰船航迹在线跟踪分析,具有更高的实际应用价值。     

基于机器人的舰船智能导航系统设计

随着AI控制技术的发展,智能机器人的应用领域在不断扩展,针对传统舰船导航系统航迹精度控制差的不足,设计一种基于机器人的舰船智能导航系统。智能导航系统的硬件部分由AMI1086芯片、FPGA电路控制模块、AIS信号收发模块、GPS导航模块和数据存储模块等部分构成,并给出基于机器人控制的舰船导航系统的主控程序,和用于航向纠偏的脉冲信号累计控制算法,以实现对舰船海上航行的精确控制。仿真结果表明,提出系统设计在航迹偏差方面要明显优于传统系统,有助于保证舰船的安全行驶。     

船舶航迹滑模控制器的输入—输出线性化方法设计

针对船舶航迹非线性被控对象中的非线性环节,论述了如何通过输入—输出线性化方法,将船舶航迹控制的数学模型进行近似线性化,并在此基础上提出一种简明实用的滑模控制方案.结果表明,此方法是成功可行的,其控制规律对系统工作条件的变化具有较好的鲁棒性.     

基于航迹信息的舰船姿态角估计研究

提出了一种利用航迹信息估计出舰船目标姿态角的方法。该方法首先建立了舰船目标运动模型,然后采用Singer模型对舰船目标的雷达数据进行处理,最后对舰船目标航迹数据进行多项式拟合,使目标数据更加优化,进而精确地估计出舰船目标的姿态角。仿真结果表明,该方法能够有效地估计舰船目标姿态角。     

舰船电气自动化控制的稳定性分析

舰船电气自动化控制中受到负载增益的持续性扰动因素影响,导致输出参量存在扰动误差,需要进行稳定性控制设计,提出一种基于混沌小扰动抑制的舰船电气自动化控制稳定性设计方法。构造舰船电气自动化控制的等效电路模型,以系统效率、输出功率增益、电压和供电频率等参量为约束量,进行控制目标函数构建,采用混沌参数调制和扩频处理方法进行舰船电气控制中的小扰动抑制,采用混沌同步控制方法进行舰船电气稳定性控制,并进行了控制器的电路设计。测试结果表明,采用该方法进行舰船电气自动化控制的稳定性较好,输出增益较大,抗扰动能力较强。     

基于模糊自适应滑模方法的AUV轨迹跟踪控制

针对水下航行环境中自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)航迹精确跟踪问题,提出一种基于模糊自适应滑模方法的AUV航迹跟踪控制算法。在建立AUV系统动力学模型基础上,将其运动通过变结构滑模控制律结合模糊逼近设计出AUV航迹跟踪控制系统,采用模糊系统实现模型未知干扰的自适应逼近,基于Lyapunov稳定性理论,讨论了闭环系统的稳定性。在考虑加入外界干扰的条件下使用Matlab/Simulink软件,进行数值仿真,模拟轨迹跟踪能够达到稳定并且较平滑连续跟踪预定航迹,对干扰有较好的抑制作用。仿真结果表明了所提控制方法的有效性。     

基于图像匹配定位技术的舰船航迹测量方法研究

舰船磁场动态检测中需要对舰船进行远距离高精度的航向和位置测量。根据图像成像原理以及图像处理技术,提出了一种新的基于图像匹配定位的舰船航迹测量方法,当舰船通过测量区域时,两台摄像机对其进行同步拍摄然后将数据传输至主机,利用Mean Shift算法和SURF特征对数据进行处理从而得到舰船在不同时刻的三维坐标,最终确定其航向和位置。实验结果表明,在50米左右的拍摄距离下实验误差在0.1米左右,满足对舰船航迹进行测量的要求。     

UUV走航CTD探测的航迹规划及控制方法研究

介绍了一种航迹规划与控制方法,使得无人水下航行器(UUV)能够使用CTD测量仪完成水下探测任务。详细介绍了所研究的UUV硬件系统体系结构,同时完成UUV水平面和垂直面的航迹规划,使其在满足UUV设计要求及CTD测量特性约束条件下能够完成水下探测任务。为了实现UUV在三维空间里较好的跟踪所规划的航迹,应用自抗扰控制(ADRC)技术,分别设计了自抗扰航向控制器和纵倾控制器。所研究的航迹规划与控制方法在UUV半实物试验中得以验证。     

基于闭环增益控制的船舶航向最优控制方法

船舶航迹与航向控制对于船舶航行安全性、稳定性有重要意义。为了提高船舶的航向、航迹控制水平,本文设计了一种基于闭环增益控制的船舶航向控制器。闭环增益控制是一种稳定性控制算法,在工业领域有非常广泛的应用。本文重点建立了船舶的运动控制模型,介绍了闭环增益控制器技术的原理与现状,并重点介绍了船舶航迹闭环增益控制器的原理。     

基于输入输出线性化的航迹滑模控制及仿真

针对船舶航迹控制系统的非线性及易受外部干扰的特点,提出了一种基于输入输出线性化的航迹滑模控制策略。通过定义输出变量将非线性航迹控制系统转化为线性系统,然后采用指数趋近律的滑模控制方法设计控制器,使得设计的非线性控制律直观简洁,鲁棒性好。通过SIMULINK仿真验证了该算法的有效性。     

基于智能视觉的舰船用零件加工控制优化设计

在复杂构件下进行舰船用零件加工中,受到曲面啮合诱导因素的影响,导致加工精度不高,且加工控制中的可视性效果不好。提出一种基于智能视觉的舰船用零件的加工控制优化方法。首先构建舰船用零件加工智能视觉环境,采用加工过程的视觉误差补偿和切削误差补偿结合的方法进行加工误差反馈与修正,采用自适应反演积分控制算法进行控制优化,实现加工控制改进。仿真结果表明,采用该方法进行舰船用零件加工的精度较高,能在可视化环境下进行加工辅助,控制效果较好。     

三维动态舰船图像颜色特征自动提取及应用研究

以提升舰船颜色特征的应用技术水平,研究三维动态舰船图像颜色特征自动提取和应用方法。通过相机采集三维动态舰船图像颜色特征后,先使用PCA算法获取三维动态舰船图像的颜色特征子空间,再通过K-means聚类算法得到三维动态舰船图像颜色特征,以该颜色特征作为基础,分别利用支持向量机算法和二阶常速模型实现舰船目标识别和航迹跟踪。实验结果表明,该方法可有效提取三维动态舰船图像颜色特征的R、G、B分量,提取舰船图像颜色特征能力较强。将提取到的三维动态舰船图像颜色特征,应用到舰船目标识别和航迹跟踪,可有效识别舰船和跟踪舰船航迹,应用效果较为显著。     

非规则波动下直线航迹自抗扰控制数学模型设计

非规则波动,船舶直线航迹经常出现偏差,影响了船舶航行的稳定性和安全性。为此,针对传统PID控制、自适应神经网络控制2种方法控制效果差的问题,设计一种非规则波动下直线航迹自抗扰控制数学模型。该模型分为3部分:首先进行跟踪微分器设计,消除干扰因素的影响,然后利用扩张状态观测器,估计船舶运行状态,最后利用状态误差反馈,计算船舶运行误差,以此实现自抗扰控制。结果表明,与传统PID控制、自适应神经网络控制2种方法相比,利用设计的数学模型进行非规则波动下直线航迹自抗扰控制,得到的直线航迹与预期航迹之间的拟合优度更大,更接近1,由此说明自抗扰控制数学模型更能有效规范船舶直线航迹,保证了船舶航行的稳定性和安全性。     

基于滑模观测器的舰船电机无位置传感器控制

舰船电机的传感器控制是保障舰船电机稳定供电输出的关键技术,电机控制容易受到电磁耦合小扰动干扰,导致控制精度不高,提出基于滑模观测器的舰船电机无位置传感器控制方法,采用滑模观测器进行舰船电机输出的电流、电压、功率等参量的原始采集,对采集的电机控制原始信息进行自镇定性处理,设计舰船电机的输出等效电路模型,构造电机无位置传感控制器的电流电压转换电路,采用滑模反演积分控制方法进行控制误差补偿,提高电机输出参量的调制精度,实现舰船电机的无位置传感器控制。测试结果表明,采用该方法进行舰船电机无位置传感器控制的输出性能较好,电机输出电压稳定,功率因素得到较大幅度提高,改善了舰船电机工况稳定性。     

基于显式模型预测控制的无人船航迹控制方法研究

针对模型预测控制在线计算量大,难以满足无人船实际航行中的实时性要求的问题,提出了一种基于显式模型预测控制的航迹控制方法。首先利用视线制导算法（line of sight, LOS）,根据无人船当前位置和期望航迹信息,设计了无人船艏摇角的参考值,将无人船航迹控制简化为艏向控制;其次,将显式模型预测控制算法应用于无人船艏向控制问题中,该算法既保持了模型预测控制方法的优势,又提高了计算速度;最后通过仿真试验验证了所提出的方法可以显著提高无人船航迹控制的实时性。     

基于操纵运动数模的舰船返回原航迹机动研究

返回原航迹机动在航行中营救落水者、海上搜救、扫布雷等舰船机动中经常使用,但目前采用的方法属常规方法,未考虑风、流、浪等因素的影响,对大多数舰船而言存在精度问题.本文结合舰船操纵运动数学模型,充分考虑到舰船的旋回惯性和环境因素的影响,利用优选法选择操舵时机,提高了舰船返回原航迹机动的精度.     

基于BP神经网络的船舶航迹控制技术

航海战舰规模的扩大使船舶航迹的控制变得越来越困难、复杂。为了实现船舶航迹控制,采用新的控制技术,根据神经网络及船舶航迹的相关理论和BP神经网络的船舶航迹控原理,对BP神经网络的船舶航迹控制进行计算和航迹设计实现,通过模拟仿真得出各种海情条件下的船舶航迹控制比较图,对我国航海战舰控制航迹有一定的指导意义。