船舶模拟器在引江济汉通航工程与长江交汇口布置中的应用

对采用船舶操纵模拟器进行通航建筑物平面布置优化的方法进行了论证,建立了代表船舶的操纵运动数学模型,并根据国家规范对代表船舶的操纵性进行了率定。用船舶操纵模拟器对引江济汉通航工程与长江交汇口的平面设计方案进行了研究,结果表明设计方案下代表船舶在交汇口的最大通航上限流量仅为15 000 m3/s,不满足设计要求。优化方案加大了上下游连接段的弯曲半径,进而提高了上下游航线的转弯半径,减小了航线上的横流,使船舶有足够的空间调顺船位。     

复杂动态环境下船舶操纵系统避障自适应控制方法

为使船舶方向舵角与航向角之间物理夹角与航迹转向角数值变化趋势保持一致,实现船舶精准避障,提出复杂动态环境下的船舶操纵系统避障自适应控制方法。根据船舶避障过程,规划待通过的船体安全行进路线,完成复杂动态环境下的船舶操纵系统避障轨迹建模。建立船舶操纵运动方程式,根据运动坐标值的自适应转换原理,实现对船舶避障轨迹的精准控制。实验结果表明,自适应避障方法可将方向舵角和航向角的夹角与航迹转向角间的最大差值控制在10°以内,符合准确避障的船舶航行需求。     

沿海摆位航线航次效益测算

为优化沿海散货运输摆位航线航次效益测算,评价其摆位航次的价值,运用闭环调整和船位价值理论两种方法对沿海摆位航次的期租水平进行调整。结果表明:闭环调整方法对提供摆位货载、执行摆位航线的部分客户评价具有明显的效用,但对航次营运天进行调整会导致航次效益测算值上下浮动较大;船位价值理论办法的适用性更为广泛,但需要经营者对市场波动趋势进行预判,航次期间不同的市场租金水平会导致调整结果的不同。在实践中,船舶经营者可以根据需要选用其中一种或者两种方法相结合计算摆位航次效益测算,以支持决策需要。     

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Lyapunov函数的船舶航向保持非线性控制器设计

船舶航向保持控制器是船舶动力系统的重要组成部件,其目的是使大型船舶航行轨迹与预设轨迹误差在阀值范围内。传统的船舶航向控制器利用PID控制器计算各种干扰综合作用力,并控制推进器平衡外界干扰力,随着船舶动力系统复杂度增加,PID的控制精度及时效性已不能满足现代船舶航向保持的要求。Lyapunov函数是一种微分跟踪控制过程,对于复杂非线性系统具有很好的鲁棒性。本文研究船舶航向保持控制的数学模型,在此基础上提出基于Lyapunov函数的船舶航向保持非线性控制器。     

基于数据挖掘的船舶海上复杂交通流避障导航建模

船舶在海上航行,由于海洋环境复杂,航道上船舶的航行航速、航向、载重等均存在不同,因此,航行过程中的船舶随时面临着各种风险与障碍物。为了更好地保障船舶安全,必须对各种障碍物进行预判,寻找到最安全科学的航线,为此建立新型的船舶海上复杂交通流避障导航模型——FABP模型。首先将蚁群算法与c均值模糊聚类算法进行融合,得到各种障碍物的聚类中心,然后利用BP神经网络自动寻优能力,根据不同聚类中心的类型,对海上不同类型的障碍物进行预判,得到最优的船舶海上复杂交通流避障航线,最后进行实验仿真,结果表明,本文模型得到的船舶海上复杂交通流避障航线,路途更近,安全性能更高,效率更高。     

弯曲航道船舶改向操纵准确性分析

此文通过对船舶在弯曲航道改向操纵的准确性分析,提出克服和减少改向操纵误差的方法,使船舶在弯曲航道中能较为准确地航行在计划航线上。     

弯曲河道操船技术探讨

弯曲航道是内河最常见的航道形式.当船舶通过宽阔静水弯曲航道时,船舶在推力、舵压力和舵压力转船力矩的作用下,以一定的漂角和回转角速度沿着一定的曲率运动,当船舶航迹曲率半径与弯曲航道曲率半径接近以及回转角速度引起的航向角变化与弯曲航道转向一致时,船舶可以顺利通过弯曲航道.但是,河流弯道水流具有一定纵向流速和横向分速,因此,使船舶操纵变得复杂化.     

船舶航向模糊控制及仿真研究

根据船舶操纵控制过程中,存在非线性、慢时变、复杂干扰的特点,设计了一个带模糊积分的船舶航向模糊控制器,使船舶在干扰变化情况下,模糊控制不仅能较好地实现航向保持,而且能获得较好的操纵性能;仿真结果表明,带模糊积分的船舶航向模糊控制器的控制比常规PID控制具有更强的环境适应性.     

库区急弯航段船舶通航模拟试验*

采用数学模型和船舶操纵模拟试验的手段，分析库区急弯航道在枢纽低水位运行工况下的碍航特性，研究采用优化航行方案和调整待闸锚地位置等措施改善通航条件。结果表明，利用码头岭急弯段凹岸的大范围缓流区，采用船舶入弯后先沿右岸驶入缓流区，降速转向后出弯驶向下游的航行方案，可显著降低船舶过弯的横移速度和漂移量；将锚地由闸前调整至弯顶缓流区，船舶抛锚靠泊所需的回旋水域明显减小，横移速度仅为0.4m/s，起锚进闸的操纵风险也较低。上述非工程措施对保障库区急弯段的通航安全有积极作用。     

基于速度选择切换型视线法的无人帆船循迹航行

[目的]风帆的力矩以及海浪作用会造成帆船相比其他形式的动力船舶更容易偏离期望轨迹,这便要求无人帆船的循迹航行算法具有较强的抗干扰能力。[方法]对实船进行等比例建模并通过VPP速度预测程序获得帆船在不同航向下的较大速度,提出一种无人帆船速度选择切换型视线法,在保证无人帆船依靠风力获取速度的同时,再利用切换型视线法使无人帆船的航向角收敛于期望航向角,从而使无人帆船可以快速不断地驶向期望航向点。[结果]Matlab对比仿真研究表明,速度选择型视线法具有偏航误差小、抗干扰能力强且收敛速度较快的优点。[结论]无人帆船在不同风向下的湖上试验验证了速度选择型视线法的可行性,结果具有一定的工程应用价值。     

大型集装箱船靠泊舷选择的研究

大型集装箱船已经成为远洋货物运输的重要工具,了解其操纵性能直接关系到运输效率和航行安全。在港内,集装箱船舶的操纵难度更大。通过对大型集装箱船的旋回性、停船性、风流压力、侧推器的分析,总结了大型集装箱船的靠离泊的操纵特点,根据这些特点,靠泊时首先刹减船速,控制入泊前的船位,离泊时除了调整船位外,主要是增加船速。引航员选择哪一舷靠离码头都具有可操作性,实践表明,这些策略对于实际靠泊具有指导意义。     

船舶大舵角转向时艏摇与横摇的耦合仿真研究

摘要：为进一步研究船舶在大幅度转向时艏摇和横摇的耦合机制,在非线性船舶运动数学模型的基础上,进行了不同情形下的操纵仿真试验。试验结果显示在大舵角转向时,船舶的艏摇和横摇运动存在较强的耦合作用,横摇幅度和艏摇幅度存在正相关性。指出大幅度的横摇使艏摇出现相位滞后和偏离基准航向的现象;在横摇过大的情况下,大幅度动舵和加速操纵将导致稳性迅速消失和航向打横。     

“科学一号”轮靠泊海事码头方案分析

分析船舶自身条件以及船舶自身的基本参数和操纵性能,以及码头的地理条件、自然条件和气象条件等影响船舶安全进港的主要环境因素,并综合考虑各种内、外界因素对船舶进港操作的影响,归纳合理利用外界的有利因素,克服外界不利因素对船舶操纵的影响,对靠泊方案进行仔细研究,把握船舶进港时几个关键位置的控制,合理选择船舶进港的时机,在船舶进港过程中不断地调整船位和船首向,使船舶在进港过程中始终处于可控状态,实现船舶安全进港口之目标。     

模糊控制理论在船舶操纵中的应用

为使船舶行进水动力与预设动力数值曲线较好贴合,针对模糊控制理论在船舶操纵中的应用情况展开研究。按照模糊滤波监测器的运行原理,建立完整的船舶航向控制表达式,再根据浆力操纵量指标、舵力操纵量指标的数值计算结果,构建标准的船舶操纵运动模型,完成对模糊控制理论在船舶操纵中应用情况的研究。实验结果表明,模糊控制理论能够促使船舶行进水动力数值与预设动力数值曲线更好贴合,与变论域模糊控制技术相比,更符合稳定操纵船舶的实际应用需求。     

船舶冰区航行动态建模

冰区航行船舶操纵仿真训练平台的建立,可完善现有航海操纵模拟器的操船训练功能。针对船舶冰区航行特点,运用微元法建立船舶冰区航行动态数学模型,并将该模型加载到航海操纵模拟器的平台开发中。利用微元法对船舶与冰层接触部分进行分析研究,得出船舶纵向、横向和垂向3个方向上冰层对船舶的冲击速度,从而得出船舶各个方向上受到冰块冲击力的大小,并将其加入到分离型船舶操纵运动数学模型中。通过对给定船型进行旋回仿真实验,实验结果表明本文建立的船舶冰区航行运动数学模型的误差在20%以内,可以应用于现有的航海操纵模拟器开发应用当中。     

基于新型滑动模态和观测器的船舶自动舵设计

设计一种新型准滑动模态船舶自适应自动舵,该自动舵可以克服模型参数未知和外界扰动,具有较强鲁棒性。为克服滑模面切换带来的抖振,在指数趋近律的基础上,提出一种新型的双曲正弦函数的指数趋近律,使轨迹的运动速度与轨迹和滑模面的距离相关联,实现自适应调节,使切换平缓;同时利用状态观测器对船舶模型参数及外界干扰进行观测,从而实现有效补偿;最后借鉴Backstepping方法设计船舶航向滑模控制器。通过对一具体船舶航向控制器的仿真,验证了上述方法的有效性。     

重载VLCC的横向变速性能与靠泊速度控制

重载VLCC具有满载排水量大,对拖轮力、风压力作用不敏感等特点.为指导驾引人员顺利操纵VLCC靠泊,基于船舶横向运动规律,根据VLCC的横向入泊距离、靠岸速度及辅助拖轮所能提供的推力对VLCC的变速性能做出评估,归纳出控制船舶靠泊速度的两种实用模式.靠泊实践表明,本文归纳的两种操纵模式安全可靠,既适用于VLCC又适用于...     

多约束条件下气象航线规划的智能混合算法

针对船舶航线规划面临气象条件、水文地理、航行需求、船舶物理特性等复杂条件约束的情况,为设计同时满足船舶航行安全性和经济性需求的最佳气象航线,提出一种结合传统A*算法和遗传算法的智能混合算法。该算法使用A*算法来提升遗传算法初始种群质量并加快搜索速度,根据航行需求和多约束条件设计目标函数和适应度函数,采用多种群技术和精英保留策略增加种群多样性并加快算法收敛速度。遗传算法在航线搜索的一个方向上是连续的,这与其他采用离散网格系统的算法相比拥有更高的搜索精度。实验结果表明该智能混合算法能高速、有效地完成船舶气象航线规划设计。     

基于模糊控制的无人船自主平行靠泊仿真

为了进一步解决配备艏艉侧推的无人船在风流干扰下的平行靠泊问题,将靠泊任务拆分成艏向调整、纵向调整和横向调整,设计了3个对应的模糊控制器以及控制方式选择算法。根据船舶的当前状态选择不同的控制器,在风流干扰下采取并行控制的方式抵抗扰动。利用船舶操纵模拟器实现不同初始状态以及不同风、流干扰下两艘船的自主靠泊仿真,均能较好地完成靠泊,验证了靠泊系统控制算法的有效性,并具有一定的抗干扰能力以及泛化能力。