随机波浪中船舶航行非线性横摇稳定性评估分析

在随机波浪中船舶航行容易产生随机扰动导致非线性横摇,为了提高船舶航行的稳定性,提出一种基于改进扩展卡尔曼滤波(EKF)的随机波浪中船舶航行非线性横摇稳定性控制方法。采用微惯性航姿调整方法进行随机波浪中船舶航行非线性横摇稳定性参量控制,根据航行姿态参量的准确估计,实现船舶横摇稳定性评估。仿真结果表明,采用该方法进行船舶航行非线性横摇控制的稳定性较好,航行姿态参量的准确跟踪能力较强,实现姿态角的实时调整,降低姿态调整误差,提高了船舶航行的安全性和稳健性。     

基于DSC的欠驱动船舶路径跟踪神经滑模控制

为进一步提高船舶路径跟踪的准确性和稳定性,针对欠驱动船舶易受外界环境的干扰和模型不确定等问题,提出一种基于动态面技术的神经网络滑模控制策略。在虚拟船逻辑制导算法的基础上,结合反步法对虚拟控制律进行设计,引入动态面技术对虚拟控制律的导数进行估计,避免因直接求导而增加计算负担。在动力学回路设计中,将径向基神经网络与滑模控制相结合,设计神经网络权重的自适应律,实现对系统非线性项的在线估计和对实际控制律的设计。采用Lyapunov直接法证明闭环系统的稳定性,并对一艘长为32m的单体船进行仿真试验。结果表明,该控制策略可行,能实现对欠驱动船舶路径的有效跟踪。     

迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟

针对传统方法存在数值模拟效果差的问题,提出迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟方法。根据非线性运动规则,结合船舶自身的稳定性能,计算航行控制边界稳定限值,利用二阶映射方法,描述一个微分方程映射解,构建非线性运动方程。采用消波方法消除船舶迎浪出口传递过来的波浪,保证非线性运动方程运用的稳定性。选取自适应最优解,对船舶RANS数值进行模拟,并进行迭代处理,获取归一化权重向量,由此获取RANS数值仿真结果。通过实验对比结果可知,该方法最高模拟效果可达90%,可实现对船舶超稳定性控制。     

抗随机干扰的船舶动力系统混合控制方法

在随机干扰下,船舶航行的动力稳定性控制系统是一个多变量的非线性系统,通过船舶动力系统混合控制优化设计,提高船舶航行动力输出的稳定性。提出一种基于模糊PI双控制的船舶动力系统混合控制方法。构建船舶动力输出控制的约束参量模型,采用稳态误差修正方法进行船舶动力输出的误差反馈控制,结合模糊PI控制方法进行船舶动力输出的自适应调节,实现船舶动力双环自镇定反演控制。仿真结果表明,采用该方法进行船舶动力系统混合控制和输出稳定性调节,控制过程的稳定性较好,动力输出的鲁棒性较高,抗随机干扰性较强。     

迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟

迎浪航行是船舶运动是非线性运动,采用一类具有齐次解的二阶偏微分方程描述迎浪时船舶的非线性运动,构建船舶迎浪航行控制的非线性运动方程,在临界稳定条件下分析船舶非线性微分方程的齐次解,在非线性波动运动模式下,建立船舶非线性运动方程的局部寻优模型,采用最小二乘拟合方法进行迎浪航行的控制参量寻优,实现非线性运动方程的船舶RANS数值仿真模拟,根据RANS数值模拟结果实现船舶非线性运动优化控制。数值仿真分析表明,迎浪时船舶非线性运动方程具有稳定收敛的齐次解,能实现对船舶的超稳定性控制。     

船舶运动奇异系统鲁棒H_∞估计仿真与分析

全球化的发展带动了航运事业的腾飞,而由于航道资源的有限性,人们对船舶的航行控制要求也越来越高。为了应对各种环境变化对船舶航行控制带来的影响,保证航行的安全,人们对船舶运动的研究也越加深入。常规的船舶运动奇异系统面临着多种不确定的因素。因此,本文采用鲁棒控制的方法,重点对船舶航行中遇到的非线性控制问题进行研究,通过对控制系统稳定性和鲁棒性的仿真研究,设计了一种新型的反馈控制器,实现了对航行轨迹的良好跟踪。     

船舶在随机波浪中的运动稳定性研究

我国航运非常发达,船舶航行的安全和稳定性是人们一直最为关注的问题。船舶航行的环境是随机非线性变化的,环境的随机性和非线性是研究船舶稳定性的两大难点。本文在传统的白噪声的基础上,将参数激励看成是有界噪声,研究船舶在横浪和纵浪情况下稳定性,仿真实验,结果表明,船舶在随机波浪中的稳定性可以通过改变航速和航行方向进行控制。     

随机作用下船舶非线性动力系统路径积分分解

船舶航行时,其动力分布会受到水面波浪的作用,呈现不规则的变化。当船舶的运动速度与水面波浪的作用力为强烈的非线性形式时,船舶在运动时可能会处于非常不稳定的状态,从而给航行安全带来隐患。因此本文假设船舶在随机作用下的航行模型,通过模拟非线性情况下的船舶运动方程,设计一种较为合理的稳定性控制方式。仿真结果表明此方式的稳定性效果良好。     

基于嵌入式的船舶控制器设计与实现

为提高船舶系统运行的稳定性,需要进行鲁棒控制设计。提出一种基于嵌入式的船舶控制器设计方案,首先采用自适应PID控制律进行船舶控制算法设计,然后在嵌入式ARM环境中进行船舶控制器的硬件设计,将控制算法加载到DSP处理芯片中,实现控制程序写入,完成嵌入式船舶控制器的集成设计和软件开发。实验测试结果表明,该船舶控制器具有较好的船舶位姿控制性能,提高了船舶航行的稳定性,控制器的鲁棒性较好。     

基于神经网络的鲁棒自适应舵减摇控制北大核心CSCD

[目的]针对存在系统未知非线性函数和外界随机扰动的欠驱动水面船舶舵减摇控制问题,提出一种基于多层循环神经网络的自适应非奇异快速终端滑模舵减摇控制器。[方法]首先,针对传统滑模控制中存在的奇异性和收敛性问题,引入非奇异快速终端滑模面,并在假设船舶模型已知的情况下设计滑模控制律;接着,对传统径向基神经网络进行改进,并利用改进后的神经网络去逼近系统未知非线性函数,以解决船舶航行时模型难以确立的问题,提高控制精度;然后,应用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性和有限时间收敛性,并推导出神经网络参数的自适应律;最后,对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析。[结果]结果显示,当船舶处于航向保持工况时,所提出的控制器减摇率为50.41%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了19.2%;当船舶处于变航向工况时,所提出的控制器减摇率为23.46%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了12.59%。[结论]该方法可以为欠驱动船舶舵减摇控制设计提供参考。     

船舶航向模糊滑模控制器的设计与仿真

In considering the characteristic of a rudder,the maneuvers of a ship were described by an unmatched uncertain nonlinear mathematic model with unknown virtual control coefficient and parameter uncertainties.In order to solve the uncertainties in the ship heading control,specifically the controller singular and paramount re-estimation problem,a new multiple sliding-mode adaptive fuzzy control algorithm was proposed by combining Nussbaum gain technology,the approximation property of fuzzy logic systems,and a multiple sliding-mode control algorithm.Based on the Lyapunov function,it was proven in theory that the controller made all signals in the nonlinear system of unmatched uncertain ship motion uniformly bounded,with tracking errors converging to zero.Simulation results show that the demonstrated controller design can track a desired course fast and accurately.It also exhibits strong robustness peculiarity in relation to system uncertainties and disturbances.     

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。     

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。     

减摇水舱试验台架系统无模型自适应控制

结合无模型控制的优点,首次将无模型控制理论应用到船舶减摇控制系统中.减摇水舱试验台架电液力矩伺服系统所采取的控制策略是设计减摇水舱试验台架的关键,针对模型控制策略对非线性系统的控制在应用中表现出的不足和局限性,采用无模型控制律对电液伺服系统控制器进行了设计和仿真研究.仿真结果表明:无模型控制器表现出优良的控制品质,跟踪性能良好,具有结构适应性,系统符合设计要求.     

79800DWT双燃料动力散货船气体燃料系统研究

由于天然气属于高危易燃气体,因此对于双燃料动力船舶在使用LNG燃料的过程中的安全问题成为一个特别重要的问题,本文从安全角度出发,分别从气体燃料储存设计、气体燃料供应系统设计、气体燃料充装设计、通风系统设计、消防系统设计、LNG监测报警系统来介绍9800DWT双燃料动力散货船的气体燃料系统设计,希望可以为此类系统的设计和使用提供参考。     

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。     

基于逆推方法的非线性船舶航迹跟踪控制

基于包括科氏向心矩阵和非线性阻尼项的、带恒值扰动的非线性船舶水面运动数学模型,采用带积分器的逆推(Backstepping)设计工具,设计船舶航迹跟踪控制律;并借助Lyapunov函数、应用相关引理证明了所设计的船舶航迹跟踪控制律使得最终的闭环航迹跟踪控制系统一致全局渐近稳定,达到航迹跟踪控制的目的.仿真研究表明,所设计的控制律使船舶能够克服恒值扰动跟踪期望航迹,且控制量合理,从而验证了所设计控制律的有效性.     

基于Unity3D的船舶分段仿真制造系统开发

为提高船舶制造效率，优化船舶分段制造工艺，基于Unity3D进行船舶分段仿真制造系统开发。结合开发目的和使用对象，论述系统的设计思路、虚拟仿真技术应用和使用方法，并分析系统应用效果，为船舶分段仿真制造工艺优化提供参考。     

基于计算机仿真的船闸联合调度方案研究

针对长洲水利枢纽四线船闸的复杂航运系统,分析了影响船闸调度方案的影响因素,基于船舶过闸全过程建立了包括锚地、航道及引航道、远端靠船段、近端靠船段、并列四线船闸以及调度排挡等因素的计算机仿真模型,通过仿真试验对比分析了多种调度方案的运营效果,得出了推荐的调度方案,为船闸的规划设计及管理人员提供了科学的决策支持。