船舶电缆自动化敷设系统设计与实现

在船舶电缆敷设过程中,很难借助有效的工装提高劳动效率,低空间的高强度作业存在严重的安全风险。以船舶电缆自动化敷设系统为分析对象,介绍系统组成和系统接口,采用比例积分微分(Proportion Integration Differentiation,PID)算法计算系统行程,通过PROFINET总线完成数据传输,以人机界面(Human Machine Interface,HMI)实现系统性能要求。在风电安装平台上的实际运用表明,该系统可解决造船行业劳动力成本高和安全风险大的问题。     

基于FPGA的模糊PID控制器设计

模糊PID(Proportion Integration Differentiation)作为一种先进的智能控制算法,在工业中的实际应用范围却远远落后于传统PID算法,其原因是智能控制算法的复杂性使得控制器实现困难、占用资源多、运行效率低。分析了利用FPGA(Field Programmable Gate Array)实现智能控制算法的优势,提出了利用查找表来实现模糊算法的新的实现方式,具有设计灵活、开发期短、可靠性高、运行高速等优点。     

基于Hamilton理论的船舶柴油发电机组控制策略

为验证一种新型控制器在船舶柴油发电机组工况切换和并网发电时的控制效果,通过研究船舶电站系统的非线性数学模型,然后基于Hamilton能量理论,设计柴油发电机组的非线性调速励磁协调控制器,最后设计船舶电站仿真系统对所提方法进行验证。仿真结果表明:Hamilton协调控制器在空载启动、负载突变和并网发电的过程中能更好地保持系统的稳定性,因此,Hamilton协调控制相比于传统的比例积分和微分(Proportion Integral Differential,PID)控制器具有更好的控制效果,具有一定的工程应用价值。     

应用非线性馈饰算法改进的船舶自动导航控制策略

为使船舶在航行和运营的过程中更加节能,采用非线性馈饰技术,即分别用两个函数对控制器的输入信号和输出信号进行处理,基于鲁棒比例积分和微分(Proportion Integral Differential, PID)控制器,设计船舶航向保持控制器,同时为接近航海实践,加入6 s 1次的操舵频率限制。通过仿真试验验证控制器的有效性,并且与已有的非线性算法进行比较。仿真结果表明:使用非线性馈饰技术设计的航向保持控制器能够很好地实现航向保持控制的目的,同时还能够使平均舵角相对于标准PID减少约50%,相对于其他非线性算法具有较为优秀的节能性能,这表明基于非线性馈饰技术设计的PID航向保持控制器具有节能的特点,对航向保持控制器的设计具有指导意义。     

基于DSP实现变PID倒立摆控制系统

针对传统PID(Proportional-Integral-Derivative,比例-积分-微分)控制倒立摆的算法,进行了改进,实现变比例PID控制.并介绍了基于DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)控制器的直线型倒立摆控制系统的总体结构和工作原理.实物验证,算法可行,系统稳定,且DSP作为控制器有利于系统的小型化.     

基于最小二乘法的欠驱动水面船舶模型预测控制

针对欠驱动水面船舶轨迹跟踪控制问题,根据模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）原理,提出一种基于参数化模型的非线性模型预测控制（Parameterized Model – Nonlinear Model Predictive Control,PM-NMPC）方法。采用最小二乘法对船舶的参数化模型进行辨识,设计PM-NMPC控制器。对环境干扰下的某集装箱船艏向角控制和轨迹跟踪进行试验,验证控制算法的有效性,并将该控制器与比例积分微分控制器（Proportional plus Integral plus Derivative controller,PID controller）进行对比。仿真结果表明,PM-NMPC控制器轨迹跟踪效果更好,对未知干扰具有更强的稳健性。     

船舶智能纵倾控制系统

大型货船航行时存在一个最佳纵倾角度,在这个最佳纵倾角度航行时船舶阻力最小且节能效果最好。由于装箱和货物的任意性导致很难每次都调节到这个角度,研究设计一套智能控制系统,采用比例-积分-微分(Proportion Integral Derivative,PID)控制算法调节前后舱压载水进行船舶纵倾角的智能控制,当船舶偏离了最佳纵倾角之后,系统将计算偏离误差自修正进行注水控制直至调节船体至最佳纵倾角为止。研制一套能够反映该控制方法的试验演示系统。     

船舶曲面板列焊接自动化

探讨采用定点支柱式可调曲形胎架、两轴旋转变位胎架和机械自动化焊接装备组成的模拟系统,以实现曲面板列自动化焊接工艺技术。采用自动化焊接小车,使其与可调曲形胎架协调运行,在胎架调节中运用比例-积分-微分(Proportion Integral Derivative,PID)控制技术,实时将曲面板列焊接的位置由大倾斜位置变为平位置,实现曲面板列的自动化焊接。     

神经网络PID在全垫升气垫船航向控制中的应用

气垫船结构上的特殊性,决定了其在操纵方面与常规船舶有很大不同.设计了神经网络控制器,对气垫船的航向控制进行了仿真,并与常规PID控制的效果进行了对比.从仿真结果可以看出,在气垫船受风力的作用下,神经网络控制器在克服干扰方面具有比常规PID(比例-积分-微分)控制更好的效果.     

切削区冷却控制系统设计及仿真

在金属切削过程中,切削区的冷却和切削温度的恒定对于提高切削质量有重要的意义。喷雾冷却是解决切削区冷却的理想方法,为了保证切削温度的恒定设计了一个温度控制系统。以气、液混合喷雾冷却切削的小型二流式喷嘴为控制对象,建立了喷嘴、流量控制阀、执行器以及红外线温度传感器的数学模型,采用比例积分微分控制PID(Proportion Inte-gral Derivative)控制,对冷风和冷却液混合调节切削温度的过程进行了优化仿真。结果表明此控制系统能很好的满足了控制切削温度的要求。     

水下潜器姿态角的分数阶 PID 控制研究

针对水下潜器纵向姿态角控制的稳定性问题,对水下潜器的姿态角控制系统设计一种分数阶 PID 控制器。在控制器设计过程中,引入时间误差绝对值（ITAE）准则,ITAE 准则的引入可快速获得分数阶 PID 的优化参数,设计优化分数阶 PID 控制器。最后,以水下潜器的传递函数为仿真对象,分别采用分数阶 PID 控制器和常规PID 控制器进行仿真研究。通过控制性能比较发现,本文所提出的分数阶 PID 控制器的控制效果明显优于常规 PID控制器,且分数阶 PID 控制器具有更强的鲁棒性。     

SWATH船纵向运动的分数阶PIλDμ控制

针对小水线面双体船(SWATH)的纵向运动稳定性问题,对某SWATH船设计了一种分数阶PI^λD^μ控制器。首先,在控制器设计过程中,引入ITAE准则获得分数阶PID控制器的优化参数,并以类似方式得到优化参数的最优PID控制器。然后,以SWATH船为研究对象,分别采用分数阶PI^λD^μ控制器和最优PID控制器对其等效Nomoto模型和考虑风浪干扰后的模型进行仿真研究。最后,对它们的控制性能及控制能量消耗进行比对分析。通过分析发现,本文所提出的分数阶PI^λD^μ控制器的控制效果明显优于最优PID控制器,且分数阶PI^λD^μ控制器更为节能。     

基于分数阶PIλDμ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PIλDμ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统 PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。     

潜艇深度终端滑模控制技术

潜艇垂直面运动因其强非线性、强耦合性,易干扰等因素的影响,对控制设计要求非常高.基于潜艇垂直面非线性模型,考虑舵的动态响应,用首舵控制深度,尾舵控制纵倾角,分别设计了终端滑模面,采用终端趋近律设计控制器并进行仿真研究.仿真结果表明,该系统具有良好的控制性能和很强的鲁棒性.由于采用连续的控制器,解决了系统的抖振问题.     

船舶航向线性自抗扰积分滑模控制

针对能更加精确地描述船舶动态性能的Bech模型航向控制问题,构造三阶跟踪微分器,对期望航向及其微分进行精确提取,提出了一种基于线性自抗扰的积分滑模航向控制器。该控制器采用线性扩张观测器对实际航向与内外界总扰动进行在线估计与补偿;引入积分滑模面函数,设计非线性误差反馈控制律,加快系统的收敛速度。采用Hurwitz多项式,简化控制器,实现控制器参数化。由仿真结果得出,控制器能快速准确地跟踪到期望航向,对参数摄动与外界干扰具有较强的鲁棒性。该控制器设计结构简单,线性自抗扰与变结构积分滑模面相结合的控制器设计提升了控制品质。     

基于广义预测控制的船舶动力定位约束控制

鉴于广义预测控制(GPC)方法能用同一方式处理设备和安全约束,且具有较强的抗扰动能力,提出了一种基于GPC的船舶动力定位约束控制器设计方法。运用前馈控制器克服风力扰动的影响,且所产生的前馈量被用来实时修正推力约束,在修正后的推力约束下滚动优化GPC。对承受风、浪、流扰动的某供应船,采用提出的方法设计控制器,并进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的控制器抗扰动能力较强,能完成对船舶的动力定位约束控制。     

基于SPWM控制的电压、电流双环逆变器建模及其仿真

基于SPWM的电压电流双环逆变器控制相对其他逆变器控制策略具有一定优越性,但其控制器参数设计却是一个重点和难点。针对逆变器的SPWM电压电流双环控制策略,建立了系统的控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制器参数,并根据经典控制理论的判据,分别对控制器电流内环和电压外环参数进行了理论验证。最后根据设计的控制器参数,对SPWM电压电流双环控制系统模型进行了仿真分析,结果表明,系统设计合理,效果满意。     

使用智能PD控制器的高速渡轮运动控制（英文）

A novel type of control law was adopted to reduce the vertical acceleration of a fast ferry as well as the motion sickness incidence suffered by the passengers onboard by means of a submerged T-foil. Considering the system changing characteristics under high disturbances, a model-free approach was adopted. In addition, an upgraded proportional-derivative(PD) controller with correction terms resulting from a fast-online estimation of the system dynamics was designed. The overall controller, known as intelligent PD(i-PD) controller, was tested, and the obtained results were compared with those of a classic PD controller. The controllers were also tested in a changing environment and at different operating velocities. The results confirmed the effectiveness of the i-PD controller to smooth the motions with low computational cost control schemes. Furthermore, thanks to ability of the i-PD controller to continually update the estimated dynamics of the system, it showed a better reduction in both vertical motions and the seasickness level of the passengers with the needed robustness under external disturbances and system changing parameters.     

Fast Ferry Smoothing Motion via Intelligent PD Controller

A novel type of control law was adopted to reduce the vertical acceleration of a fast ferry as well as the motion sickness incidence suffered by the passengers onboard by means of a submerged T-foil. Considering the system changing characteristics under high disturbances, a model-free approach was adopted. In addition, an upgraded proportional-derivative (PD) controller with correction terms resulting from a fast-online estimation of the system dynamics was designed. The overall controller, known as intelligent PD (i-PD) controller, was tested, and the obtained results were compared with those of a classic PD controller. The controllers were also tested in a changing environment and at different operating velocities. The results confirmed the effectiveness of the i-PD controller to smooth the motions with low computational cost control schemes. Furthermore, thanks to ability of the i-PD controller to continually update the estimated dynamics of the system, it showed a better reduction in both vertical motions and the seasickness level of the passengers with the needed robustness under external disturbances and system changing parameters.