水翼艇纵向运动多变量随机最优控制仿真

基于随机控制理论，针对全浸式水翼艇的多变量随机控制方法进行探讨，并着重分析水翼艇的纵向运动姿态的随机最优控制。首先，依据动力学原理对其运动方程的建立和线性化进行了推导。其次，利用线性卡尔曼滤波器对其纵向运动姿态进行估计，依据LOG性能指标构造了最优控制规律。通过施加控制前后状态的比较，可以看出，应用随机最优控制的方法，对水翼艇的纵向运动进行控制取得了良好的效果。     

船舶航迹多变量间的流形依赖关系研究

船舶航迹多变量是反应船舶有效航行路线的数据之一,常规航迹多变量间的关系主要体现形式以二维平面为主,无法通过数据形式进行关系衡量,为此提出船舶航迹多变量间的流形依赖关系研究。构建线性流形关系模型,利用几何概念,将数据形式的航迹多变量进行实体化,推导出理论关系,使用变量条件约束,实现模型构建;通过模型计算得到船舶航迹角多变量间流形依赖关系,利用模型理论推导,分析出船舶迹多变量间流形依赖关系。实验数据表明,提出的流形依赖关系真实有效。     

船舶横向运动多变量随机控制研究

本文基于多变量随机最优控制理论研究船舶横向运动多变量随机控制规律.文中提出两种控制规律,一种是次优控制规律,该方法简单实用但控制性能较差,另一种是最优控制规律,该方法是利用成形滤波器将有色干扰白化,并将系统模型扩充而实现的,这需要对扰动进行估计建模,因而算法上较复杂,但控制性能较前者高.文中针对典型的船舶模型及航行工况进行了大量的仿真,给出仿真结果,并对两种方法进行了比较.在减少横摇角、横摇角速度、艏摇角、艏摇角速度及横荡速度方面,次优控制可取得20%-50%的效果,但横荡位移增加了14%.最优控制可取得60%-78%的效果,但横荡位移增加了6%.在实际应用时,可按船舶实际情况选用其中一种控制规律.     

不依靠模型自适应控制的船舶自动舵

船舶运动控制具有较强的非线性、不确定性、大惯性,大滞后和慢时变特性,加上在航行过程中存在的干扰和噪声,使得航迹控制变得非常复杂,运用常规的PID算法难以达到期望的控制效果,不可能根据船舶动态特性和海况变化实现其参数的自动整定,总是偏离其最佳工作状态.文章首次在船舶运动控制中使用自适应神经网络MFA控制器,减少航迹波动幅度和次数,减小船舶航行时附加阻力.仿真结果表明MFA自动舵具有快速性、鲁棒性和稳定性的优点.     

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。     

海上航行船舶操纵的非线性鲁棒控制器设计

提出了一种运用自抗扰控制理论设计的非线性鲁棒控制器。波浪干扰的影响通过一种简单的方法计算出来。同时从被有色噪声污染的航向测量中估计出了低频运动成分,这是应用海浪滤波技术做到的。在文中,一种扩张状态观测器被用作海浪滤波器。恶劣海况下的仿真结果表明该控制器对环境干扰和模型扰动具有很强的鲁棒性,同时避免了高频操舵。     

补给船船位多变量系统广义预测控制方法

基于分离型建模的思想,建立了含有风、浪、流以及高架索索道产生的干扰力和力矩的补给船水平面三自由度操纵运动数学模型,并推导得到补给船低频运动状态空间模型。针对补给船在补给作业过程中的特点,采用多变量系统的广义预测控制方法对补给船的船位进行控制,利用其预测模型的提前预测功能,在补给船实际船位与期望船位的偏差产生之前就进行校正,使补给船与接收船保持一定的补给距离,确保补给作业安全顺利地进行。     

基于Bech模型的船舶航向离散变结构控制

采用带不确定项的Bech模型可以更好地反映船舶运动的非线性特性以及不确定因素对船舶运动的影响。在Bech模型中增加不确定项，采用离散变结构控制理论设计船舶航向控制器。针对传统设计方法稳态抖振的缺点，提出一种新型的离散趋近律，可以消除传统趋近律自身参数导致的抖振。设计扰动估计器，能够自适应估计不确定因素对系统的影响，只要不确定因素的变化率有界，即可保证闭环系统的鲁棒稳定性，特别是对于幔变不确定性，具有很高的估计精度。仿真结果表明，所设计的离散变结构控制器可以快速准确地跟踪设定航向，并对参数摄动和外部干扰具有很强的鲁棒性。     

船舶自动操舵数字多回路串级控制系统

本文根据数字控制系统设计原则，结合多回路控制的特点和船舶操纵性传递函数模型，对船舶自动操舵系统进行了直接数字化设计。形成了船舶自动操舵数字多回路串级控制系统，求出了系统航向有因路主调节器的Ｚ传递函数和舵角辅助量补偿回路副调节器的Ｚ传递函数，并且分别得到了主调节器和副调节器的计算机实现算法。     

基于Backstepping方法的不完全驱动船舶直线航迹控制器的设计

针对不完全驱动船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,采用Lyapunov,直接法和非线性反步法,给出了一种状态反馈控制律.该控制律克服了艏摇角速度不能为零的局限,使偏航船舶渐近镇定于给定的直线参考航迹,并以实习船为例,用Matlab Sirnulink工具箱进行仿真.结果表明,所提出的控制律具有良好的控制效果.     

船舶动力定位系统控制器的设计

提出了完整的基于船舶运动数学模型的动力定位系统，并且提供了定点控制和跟踪控制两种控制方法，在跟踪控制中引入船舶运动的参考轨迹模型。应用基于卡尔曼滤波的状态观测器得到控制所需的船舶低频信号，控制器的设计采用了考虑积分作用环节的改进LQG算法，同时引入前馈以补偿风力作用以及参考轨迹模型带来的影响。最后控制器的性能通过系统的仿真得到验证。     

基于船舶碰撞海事分析的航迹模拟系统

根据航海日志及碰撞事故报告中可能提供的船舶运动过程等资料及其精度，建立各参数物理意义鲜明、并可从船舶资料中直接或间接获取的船舶运动数学模型，利用计算机，直观显示或绘制船舶运动轨迹，供有关人员分析和处理碰撞海事参考。     

液压操舵系统H2鲁棒优化控制研究

讨论了液压操舵系统的H2鲁棒优化控制方法，针对某液压舵系统系统设计了H2鲁棒优化控制器，并进行了仿真试验，仿真试验证明，该控制器优化了动态性能，能有效地抑制负载扰动和测量噪声的影响，提高了系统的鲁棒性。     

新颖的GPS动态滤波算法及其在船舶导航中的应用研究

本文首先建立起ＧＰＳ动态定闰的数学模型，然后运用一种新颖的滤波算法对ＧＰＳ信号进行处理，最后研究了ＧＰＳ定位技术在船舶导航中的应用。     

雷达与AIS目标航迹模糊关联与统计加权合并融合方法的探讨

基于多传感器信息融合理论，探讨了雷达与AIS 2种传感器的目标航迹，采用多因素模糊综合决策航迹关联与统计加权航迹合并的融合方法。确定其模糊因素集、评判集、关联与评判等准则，建立其数学模型，并进行计算机仿真。初步验证了该方法可以有效地提高目标航迹的精度与可靠性。     

船用台风路径和强度预报方法

改进了船用台风短期预报方法并提出了一种中期预报的新方法。前者通过增大样本和扩大海区范围,分别对东海、南海和西北太平洋海区建立６ｈ～７２ｈ的ＣＬＩＰＥＲ路径预报方程。后者通过联合应用逐步回归、相似离度、数据库和最小二乘法来预报台风６ｈ～１４４ｈ的路径和强度。结果表明,改进方法效果明显,可成为船用台风短期路径预报的基本方法;新方法能有效预报台风中期趋势、衰亡时间,还对异常台风有一定预报能力;预报精度较高,且操作简便易行,适合装有微机的船舶使用     

无人帆船循迹航行的控制研究

提出一种适用于无人帆船循迹航行的控制器,并应用于一条1.5m长风帆艇的湖上航行测试。该控制器包含三个独立模块,局部路径策略模块决定帆艇的转向过程;帆自动控制模块根据帆位角和相对风向角的对应关系获取最佳推进力;舵自动控制模块基于从航海经验中提炼的245条模糊控制规则实现航迹调整。1.5m帆艇的湖上测试结果表明,该控制器在多种风场条件下都可有效完成帆艇的循迹航行,具有在无人帆船上实现长程航行的应用前景。     

自适应卡尔曼滤波技术在水下机器人运动控制中的应用

水下机器人的位置和速度传感器受环境影响较大，数据滤波问题是运动控制的核心问题之一。建立了水下机器人运动的状态方程和量测方程，并在此基础上采用自适应卡尔曼滤波方法对水下机器人的传感器数据进行了滤波分析，并引入渐消记忆指数加权方法，避免了系统误差和量测误差统计特性的不准确对系统滤波效果的影响。结果表明此方法能达到很好的滤波效果。     

航迹导航系统介绍

介绍航迹导航系统的规范要求、功能优点、性能及检验标准、分类及特点;说明常用厂家配置情况;以入级NK的船为例说明航迹导航系统的实船试验的要求,展望航迹导航系统今后的应用趋势。