基于神经网络的自适应PID船舶运动控制器研究

船舶在海上的运动不仅受到动力系统的推进作用,还受到来自海浪、洋流等干扰作用力的影响,为了提高船舶航行的安全性与稳定性,必须要采取恰当的船舶运动控制机制。传统船舶采用PID自适应控制器进行船舶的运动控制,该控制方式结构简单,但控制精度相对较低,本文系统研究了神经网络控制算法,并基于神经网络对船舶PID控制器进行改进,主要目的是改善船舶运动控制的效率与准确度。     

PID控制器优化的船舶航迹跟踪控制

针对船舶航迹跟踪控制存在的误差大,准确率低的问题。首先通过仿真验证PID控制器对船舶航迹进行跟踪控制的可行性,证实将PID控制器应用于自航模对航迹跟踪具有良好效果。在基于相关理论对PID控制器结构进行优化,利用实验室自航模实物仿真平台做了实船试验,并证实PID控制器应用于实际自航模的航迹跟踪有很高的工程实用性。     

船舶航向PID型模糊控制器研究

航速变化及由此引起的干扰使得船舶航向控制较为困难。基于常规max-min型Mamdani模糊控制器(fuzzy controller,FC),再增加积分项,将PD型模糊控制器与PI型模糊控制器相并联,构造了一种新的船舶航向PID型模糊控制器。该模糊控制器充分利用了常规PID控制器的设计经验来调节参数。不同航速下的5 446TEU集装箱船及"育龙"号实习船模型仿真结果表明,与常规PID控制器和模糊控制器的效果相比,不但航向设定值跟踪控制性能得到了保证,还具有更好的鲁棒性和抗干扰能力。     

模拟退火算法在船舶航向PID控制器参数优化中的研究

基于PID控制器的航向参数控制是控制船舶按照既定航向运行的主要方法。传统的PID控制器虽然结构简单,但是航行参数调节精确度不高,在全局进行搜索,收敛性能较差,已经越来越不能适应现代船舶航行参数控制系统的要求。模拟退火算法是一种局部最优搜索方法,能够结合航向操纵航角最小的原则对航向参数进行最优控制。本文在研究了船舶航行参数控制结构的基础上,提出了基于模拟退火算法在船舶航向PID控制器参数的优化算法,最后进行仿真。     

船舶航行性能综合优化研究

船舶航行性能优化是一个非常复杂的问题,它具有多个设计变量,多个约束和多个极点.传统的优化方法通常无法解决该问题.文中采用了一种传统的优化方法一复合形法(CA)和遗传算法(GA),模拟退火算法(SA)来计算船舶航行性能优化问题,比较了三种优化方法的输出结果并选取最好的那个解作为最终的优化结果.通过这种方法.可以以更高的概率获得真实的最优解.应该指出的是,这三种算法都作了某种程度上的改进.作者采用C++语言基于面向对象思想开发了计算软件-ShipPO.文中列出的所有船舶航行性能优化计算结果都是在ShipPO平台上计算出来的,结果表明采用三种优化方法计算一次船舶航行性能优化问题耗时并不太多.最终的结果表明ShipPO具有很强的寻找全局最优解的能力,它能够很好地满足工程需要.     

船舶航行自抗扰控制器的仿真研究

文章选取带有非线性舵机特性的Nomoto模型作为仿真研究对象。采用经自适应差分算法离线优化过的自抗扰控制器作为船舶航行控制器。仿真结果表明,船舶航行自抗扰控制器在大负载变化和风、浪、流等外界强干扰情况下,具有良好的性能鲁棒性和动态调节能力。     

PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计与优化的应用

减摇水舱控制系统中的摇摆台控制一般采用PID控制系统,借助PID控制系统的算法优势,传输摇摆角度信号,有效控制减摇。PID系统采用免疫遗传算法,该算法能够建立起数学模型,推理运算出目标函数值,向电液伺服阀输出动作指令,控制船舶横摇。本文分析了PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计中的应用,提出优化PID控制器的设计方法,经过仿真实验证实,改进优化的变参数PID控制器能够有效控制船舶横摇角、鳍角速率,提高减摇效率。     

船舶电站PID参数控制器的研究与设计

对船舶电站的控制是船舶电力控制的核心内容,同时对船舶柴油机的控制能够保证船舶电力系统的稳定性。本文通过分析PID参数控制器的原理,并将其应用于船舶电站柴油机调速系统中,最后通过实验仿真来说明,通过PID控制能够有效的保证系统的稳定性和鲁棒性。     

3DMAX的船舶航行图像优化研究

为解决传统船舶航行图像处理技术中存在的问题,本文将3DMAX技术应用于船舶航行图像的优化。首先对船舶航行图像进行译码,然后利用3DMAX技术对其进行船舶航行转换。通过对其展开去雾降噪等处理,从而获得船舶航行最为理想的图像,实现3DMAX技术与船舶航行的完美结合。     

基于模糊自适应PID的波浪补偿控制器研究

为了解决海上作业所需专用起重机的波浪补偿控制问题,开展了主动式波浪补偿控制器的相关研究。首先对主动式波浪补偿原理进行了介绍,而后分析了主动式波浪补偿控制系统的结构,接下来,设计了基于模糊自适应PID的补偿控制算法,最后通过陆上半实物仿真试验,证明该方法是一种可用于后续主动式波浪补偿起重机原理样机开发的有效方法。     

自适应PID控制器的冷却水温度控制系统

笔者分析了自适应ＰＩＤ控制器参数自整定的工作原理，并介绍了将其用于主机冷却水温度控制系统中的研究结果。     

船舶舵机单神经元自适应PID控制的研究

针对船舶舵机航行中在不同的环境下所受到的负载力矩不同的情况,在实验室条件下,用改进并增加了模拟加载液压系统的船舶舵机作为研究对象,研究单神经元PID控制算法,用LabVIEW8.2作为软件开发实平台,实现船舶舵机的自适应控制.     

改进PID控制优化算法的航行轨迹研究

航行轨迹是一个时变性非常强的问题,当前航行轨迹控制优化算法存在控制误差大,无法对航行轨迹进行实时跟踪和控制,为了提高航行轨迹控制精度,改善航行轨迹跟踪和控制的实时性,设计了一种基于改进PID算法的航行轨迹控制优化方法。首先对航行轨迹控制原理进行分析,采用PID控制器对航行轨迹进行优化和控制,然后针对PID控制器的参数优化问题,引入蚁群算法进行参数在线调整,满足航行轨迹时变性特点,最后在Simulink环境下对航行轨迹控制进行仿真模拟实验。结果表明,本文方法的航行轨迹控制精度完全满足船舶实际工作要求,大幅度改善了航行轨迹的实时控制效果,是一种精度高、速度快的航行轨迹控制优化方法。     

模糊切换型船舶运动PID控制器

航向改变时船舶航迹变化过程可以分为瞬态区域和稳态区域。根据不同区域中不同的性能指标,提出了一种把常规PID和TS-PID模糊控制器以模糊切换方式相结合的模糊切换型PID控制方法。该方法集成了常用PID和模糊PID控制方式的优势并弥补了各自的不足,模糊切换方式实现了二种控制器之间的平滑切换。应用钝性定理证明了二阶Nomoto船舶模型的切换型PID控制系统的输入、输出稳定性,并用遗传算法优化控制器参数。与模糊PID控制器的对比仿真实验,表明所提出的方法可以有效提高船舶运动控制的各项性能指标。     

船舶航向非线性反演自适应滑模控制

为实现船舶在大幅度改向操纵运动中航向准确快速跟踪控制,采用Bech船舶操纵运动数学模型精确描述船舶运动性能。考虑到船舶运动中固有的非线性、模型不确定性和风、浪、流等干扰影响,设计一种船舶航向非线性自适应滑模控制器。利用反演法将滑模控制技术与自适应控制技术相结合设计航向改变控制算法,借助Lyapunov稳定性定理证明控制系统渐近稳定,并进行船舶航向控制仿真。仿真结果表明,本文所设计的船舶航向改变控制器性能优良,控制舵角合理,控制输出航向对本船参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强的鲁棒性。     

动力定位船舶的自适应滑模观测器设计

针对含有未知扰动等不确定性的船舶动力定位系统,在系统不确定性不满足匹配条件的情况下,提出了一种自适应滑模观测器的设计方法。首先通过构造辅助输出使匹配条件得以满足,设计高增益观测器估计含有未知变量的辅助输出;接着基于滑模变结构理论对带有辅助输出的新系统进行观测器设计,通常船舶动力定位系统的不确定性上界值未知,采用自适应律调整滑模面增益,保证系统鲁棒性的同时还可避免增益取值过大而造成的抖振问题;然后将观测器增益矩阵的设计转化为求解线性矩阵不等式约束的优化问题;最后通过仿真验证了所提方法的有效性。     

基于改进遗传算法的船舶航向PID控制器

为提高遗传算法对船舶航向PID控制器控制参数整定的效果,提出一种改进的遗传算法,设计自适应交叉算子和变异算子,动态调整交叉概率和变异概率。同时,针对船舶操舵转艏模型,设计恰当的目标函数和超调惩罚机制。仿真试验结果表明,该航向控制器具有收敛速度快、没有超调等优点。     

基于Backstepping的船舶航向自适应滑模控制

针对Norrbin非线性船舶运动数学模型,提出了一种基于Backstepping的自适应滑模控制策略。为了消除外界扰动的影响,引入扰动估计器的设计方法,并借助Lyapunov函数证明了该控制器可以确保闭环系统渐近稳定,使系统的跟踪误差趋于零。与传统的PID控制策略相比,具有较好的跟踪能力和较快的响应速度。     

船舶航行性能优化的模糊遗传算法

模糊遗传算法是一种模糊优化与遗传算法紧密结合的优化方法。它兼有模糊优化的考虑到模糊因素从而更能贴近工程的实际情况和遗传算法的全局寻优能力强的特点。本文中模糊优化采用限界搜索法，它可针对模糊非线性一规划给出一个特定的清晰解。对应特定水平则委托遗传算法进行寻优。为处理等式和不等式混合约束，通过惩罚策略将其吸入遗传算法中染色体的适值。本文采用该方法对船舶航行性能进行优化，以船舶的快速性、操纵性和耐波性三个航行性能综合最优为目标函数，具体做法是取三个性能指标的线性加权和，最后建立的数学模型包括三个等式约束和五个不等式约束。根据以上思想本文用VC＋＋6．0开发了ShipPO优化平台，并在其上进行船舶航行性能优化计算，结果表明，该京城地少，全局寻优能力强，非常符合工程需要。     

基于视觉传达的船舶航行图像优化研究

为了改善船舶航行图像质量,准确分辨图像信息,提出基于视觉传达的船舶航行图像优化方法。利用双边滤波器与冲击滤波器处理模糊船舶航行图像,达到图像去噪、纹理平滑以及边缘特征增强的目的。根据模糊核的稀疏性特点,通过正则化交替迭代方式实现模糊最佳估计结果的确定后,基于梯度稀疏的反卷积方法实现模糊图像的复原,运用HSV色彩模型对复原后的船舶航行图像作优化处理,获得高质量船舶航行图像。实验结果表明,该方法可实现模糊船舶航行图像视觉传达优化,优化后图像的结构相似度、信息熵指标最高可达0.967、9.49,边缘强度、梯度均值、彩色熵指标达到设定要求,图像视觉优化效果突出。