多船并行航行轨迹精准控制算法研究

传航行轨迹精准控制算法在多船并行情况下,由于计算中没有区分航线航向,造成航行精准度较低,为此提出多船并行航行轨迹精准控制算法。构建船舶轨迹精准控制模型,根据船舶航行目的生成船舶运行轨迹,以实际航行轨迹为基础计算船舶定位航线,分别计算船舶直线航行控制轨迹以及曲线航行控制轨迹,完成多船并行航行轨迹精准控制算法设计。设计仿真实验,通过模拟使用环境,将提出算法与传统算法进行比较,实验结果表明提出方法计算的航行精准度更高,证明研究方法具备有效性。     

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。     

人工智能技术的船舶航行轨迹控制算法

为加强船行主机对于行进轨迹的精准控制能力,实现对船舶航向的有效性规划,提出基于人工智能技术的船舶航行轨迹控制算法。联合TLC设计思想,计算伪逆系数的具体数值结果,完成基于人工智能技术的船舶航迹节点安排。在此基础上,研究微分代数谱理论,通过航向控制器的促进作用的,求解非线性控制参量条件,完成人工智能技术船舶航行轨迹控制算法的设计。对比实验结果表明,与线性化控制手段相比,新型轨迹控制算法的TDR系数值能够达到87%,能够在有效规划船舶航行方向的同时,实现船行主机对于行进轨迹精准控制能力的提升。     

多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法

针对多自主式水下航行器轨迹跟踪控制中的不确定性问题,研究多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法。构建基于灰色预测的轨迹精准跟踪控制模型,利用灰色预测模型预测航行器航向角,构建一元多项式回归模型,拟合航行器初始航向角同预测航向角间的残差,优化灰色预测模型,提升航行器航向角预测精度。将航向角预测结果代入PID控制器内,通过计算航向角控制率确定位置误差、速度误差与加速度误差,通过控制上述误差实现航行器轨迹准确跟踪控制。实验结果显示该方法可在航行器不同运动特性下准确跟踪轨迹,并具有较好的控制效果。     

嵌入式船舶导航系统航行轨迹智能控制方法

传统船舶航行轨迹智能控制方法存在控制精准度低的缺点,为此提出嵌入式船舶导航系统航行轨迹智能控制方法。采用双坐标系对船舶航行轨迹模型进行建立,以建立的船舶航行轨迹模型为依据,利用传感器对船舶航行轨迹数据进行采集与处理,通过采集的数据计算船舶航行轨迹偏差,采用船舶航行轨迹控制算法对航行轨迹偏差进行调整,实现了嵌入式船舶导航系统航行轨迹的控制。通过实验可得,提出的嵌入式导航系统航行轨迹智能控制方法控制精准度比传统方法高28%,说明提出的嵌入式导航系统航行轨迹智能控制方法具备极高的有效性。     

船舶航行轨迹自动化控制中PLC技术研究

为有效发现水域中那些偏离正常航行轨迹的船舶,从而提高船舶航行安全性,设计基于PLC技术的船舶航行轨迹自动化控制方案。通过提取船舶航线轨迹数据的方式,弥补缺失信息的插补空隙,完成PLC数据的采集及预处理。在此基础上,度量轨迹内航行节点间的相似性,按照正常轨迹点的建模需求,实现对时间复杂度的精准分析,完成船舶航行轨迹自动化控制中的PLC技术研究。对比实验结果表明,与GMM航迹分析算法相比,应用PLC自动化控制方案后,QIE水域避障系数提高至6.32,不仅提高船舶的航行安全性,也可有效发现偏离正常航行轨迹船舶的实时所处位置。     

船舶推进中两种动态平衡的研究

为了明确船舶推进中功率、力等各物理量之间的平衡关系,正确使用船舶主机防止其超负荷提供相应的理论依据,文章分析了螺旋桨的推力与船舶航行阻力的动态平衡过程.推导了螺旋桨转速、船舶的航速、螺旋桨的相对进程以及螺旋桨所消耗的功率等各物理量之间的关系,即:当螺旋桨的相对进程一定时,船舶的航速与螺旋桨的转速成正比,螺旋桨消耗的功率与其转速的三次方成正比;而当螺旋桨的转速一定时,随船舶航行阻力系数的增大,船舶的航速将减小,螺旋桨消耗的功率将增大.最后,在上述理论分析的基础上,进一步讨论了螺旋桨的转速发生变化时,船舶的航行经济性问题.     

多无人水面船分布式自适应协调跟踪控制

针对多无人水面船(Unmanned Surface Vessel, USV)协调轨迹跟踪控制问题,基于仅邻近USV可以通信的无向连通通信拓扑,提出分布式自适应协调跟踪控制。使用领航者跟随协调策略,引入虚拟领航者,考虑仅虚拟领航者已知期望轨迹和目标速度的情况,通过获取邻居的实时位置和速度信息,计算每艘USV在团队中的实时期望位置和速度,从而定义聚合跟踪误差。基于聚合跟踪误差建立轨迹跟踪误差系统数学模型,使用自适应项补偿外界环境干扰,提出分布式自适应协调跟踪控制算法。基于Lyapunov稳定性理论,论证聚合跟踪误差收敛,进而得到跟随者相对于期望位置的跟踪误差、速度误差均有界并渐进收敛到零,最后仿真验证理论结果。     

大型船可调桨推进装置机动工况分析不容忽视

论述主柴油机螺旋桨(FPP、CPP)推进特性的同时,结合螺旋桨推力系数(KP)、扭矩系数(Km)、随螺旋桨进程比,(λp)的变化情况,指出λp在大于某一定值后,螺旋桨将出现负推力和负转矩,这称为螺旋桨的水涡轮工况。此现象多发生在船舶机动作业的紧急换向工况中,对于CPP船若控制不慎,可能引发主机飞车或使船舶实际换向时间太长,两者都将延误船舶紧急避碰时机。现推荐一种"能耗法"的控制方法,可以有效地缩短船舶紧急换向实际时间,避免海难事故,保障航行安全。     

基于多维关键数据挖掘的船舶航行路径控制算法

船舶航行路径受到航向、速度、发动机性能参数等关键数据的影响,对路径稳定性控制较为困难,为了提高船舶航行路径控制的稳定性,提出一种多维关键数据挖掘的船舶航行路径控制算法。构建船舶航行的运动学模型,采用轴加速度计、磁力计和三轴陀螺仪等测量设备进行船舶航行路径的多维参量采集,对采集的原始参量数据进行自适应融合处理,进行船舶航行路径控制参量的量化跟踪估计,采用多维关键数据挖掘方法获得船舶航行的最优的姿态角和最优路径解析参量,实现船舶航行路径优化控制。仿真结果表明,采用该方法进行船舶航行路径控制的稳定性和鲁棒性较好,对关键数据的估计精度较高,提高了船舶整体控制的稳健性。     

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。     

卫星导航系统的船舶航行轨迹智能跟踪方法

针对当前船舶航行轨迹跟踪误差大的问题,为了提高船舶航行轨迹跟踪的精度,提出基于卫星导航系统的船舶航行轨迹智能跟踪方法。首先采用卫星导航系统对船舶航行相关信息进行采集,然后采用高斯混合模型对船舶航行轨迹进行检测和智能跟踪,最后其他的船舶航行轨迹跟踪方法进行对比测试。结果表明,在相同实验环境下,本文方法的船舶航行轨迹跟踪误差远远小于对比方法,船舶航行轨迹跟踪实时性能也得到较大的改善,解决船舶航行轨迹跟踪过程存在一些难题,具有更广泛实际应用范围。     

船机桨匹配及数值仿真

对于一个确定船舶的船、机、桨系统,其主机特性曲线、螺旋桨有效推马力曲线和航速在不同的螺旋桨转速下具有特定的对应关系,根据其对应关系和船机桨运行参数、几何参数及其相关性能曲线,可以由任意两个已知数据求得另一个数据以及螺旋桨的推力、桨轴转矩和船舶航行状态。文中根据这个原理,可以实现船机桨之间的匹配。匹配过程中本文采用MMG操纵运动非线性数学模型,参考相关经验公式和数值算法求解运动微分方程,并考虑各种海况对船舶运动的影响,来模拟船舶实际操纵性运动。最后,在VisualC++平台上结合Fortran计算程序,实现船机桨系统的匹配仿真。     

节能阔鳍船

美国专家设计了一种新型船舶。这种船利用刚性阔鳍代替传统的螺旋桨，通过模仿企鹅的划动方式向前航行。与螺旋桨船相比，这种船的“鳍”引起的紊流要小一些，因此，较多的“鳍能”可用于驱动船只前进。在一定的速度下，该船所消耗的能量要比同样大小的螺旋桨船少17％左右。     

螺旋桨逆转工况下的船舶运动仿真

近年来,船舶航行速度和吨位不断提升,海上运输交通更加拥挤,船舶碰撞、搁浅等事故频繁发生,这些都对船舶的操纵性能提出更高要求。船舶在港口等船舶较密集的工况下,需要进行频繁的停船、转向和倒航等操作,为了保障航行安全,船舶停船和倒航主要利用螺旋桨的逆转来实现。因此,研究螺旋桨逆转工况下的船舶运动特性有重要的意义。本文建立螺旋桨逆转工况下的力学模型,对螺旋桨的转矩、横向力等进行数值模拟,并进行船机-桨运动模型的Matlab/Simulink仿真分析。     

利用AIS数据挖掘生成船舶航迹点方法研究

由于船舶航行受海上环境的影响而产生航迹误差,为了准确控制船舶航行轨迹,提出利用AIS数据挖掘生成船舶航迹点方法研究。根据AIS数据挖掘算法,提取船舶航行轨迹点数据特征,利用船舶航行轨迹点数据库中航行线路设置信息与目标对象运动信息之间的相似性,挖掘出船舶航迹动力定位数据,将AIS数据挖掘算法映射到船舶海上航行领域中,提取出AIS船舶位置采集点,通过设定阈值得到船舶航行转向点,将所有转向点连接成线,初步生成船舶航行轨迹点,利用船舶轨迹点生成流程,实现船舶航行轨迹点的生成。实验结果表明,基于AIS数据挖掘的船舶轨迹点生成方法在精度和时间上,都可以准确控制船舶航行轨迹。     

电力推进船的螺旋桨负载特性仿真与模拟试验

针对电力推进船舶在风浪中航行的各种工况,考虑船舶运动和风浪作用,建立带有风浪扰动的电推船桨模型。采用永磁同步电动机对螺旋桨负载特性进行仿真模拟,通过矢量控制使永磁同步电机的电磁转矩特性与螺旋桨各种工况的负载转矩特性一致。在MATLAB/Simulink软件平台上进行全数字建模与仿真,并进行半实物的模拟试验,验证系统的可行性。     

动力定位船舶模糊解耦定速航行控制算法

[目的]在海洋石油开采、湖泊水质监测等领域,为了实现船舶自主定位及自主航行,需对动力定位船舶的航速予以控制。[方法]建立船舶三自由度(3-DOF)运动模型,提出基于模糊解耦控制的船舶定速航行控制算法。针对被控对象的建模误差,分别设计纵荡、横荡和艏摇回路模糊控制器。针对横荡与艏摇回路变量之间的耦合问题,采用前馈补偿解耦环节来消除控制量之间的相互影响。[结果]定速航行控制仿真平台的实验结果表明,该模糊解耦控制算法的动态性能好、稳态精度高,且具有一定的鲁棒性。[结论]研究成果可为船舶定速航行的精确控制提供参考。     

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。     

小型船舶和渔船配备AIS刻不容缓

AIS是运用了先进的船舶导航技术、数字通信技术和网络信息技术,用于水上交通联络和指挥的岸—船、船一岸,以及船一船之间的通讯、导航,是在船舶之间和船岸之间自动进行航行通信、建立船舶信息交换和船舶识别的系统。它能够自动发射、接收和处理装有AIS的船舶的自身静态数据和动态航行信息,使船舶相距对遇船或岸台很远时,即能自动、连续向它船或岸基VTS（船舶交通管理中心）提供该船的实时船位、速度、航向等与船舶航行或与交通管理相关的信息,并接收它船及VTS提供的助航服务信息,从而在很大程度上有利于船舶的航行安全。