基于航迹差和航向差的航迹自动控制算法

从研究引起航迹偏差的原因入手,对航迹偏差进行相关数理分析,对航迹自动控制结构和算法进行分析和对比。通过对目前比较流行使用的航迹自动控制结构和算法的优缺点进行比较,提出一种新的基于航迹差和航向差的航迹自动控制算法。该算法结合航迹直接控制和航迹间接控制结构的优点,不需要精确的船舶运动模型,具有结构简单、各参数物理意义明确、参数易于调整、航迹控制精度高,操舵次数少等优点。该算法在20世纪末已成功应用在某小型艇的航迹控制上,在航向受风浪干扰幅值达到4°的海况下,仍能取得在全航线上的航迹控制偏差小于5 m,平均操舵次数少于1次/2 min的效果。     

基于改进PID控制的船舶航迹跟踪研究

传统PID控制的船舶航迹跟踪误差大,实时性差,无法满足船舶航迹跟踪的实际应用要求,为此提出了基于改进PID控制的船舶航迹跟踪方法,首先对传统PID控制的船舶航迹跟踪方法的工作原理进行分析,找到引起跟踪误差大的因素,然后引入人工鱼群优化算法对PID控制的参数进行实时调整,改善固定PID控制参数的缺陷,最后实现船舶航迹跟踪仿真模拟实验。相对于传统PID控制的船舶航迹跟踪方法,本文能以更高精度对船舶航迹进行跟踪,可以准确刻画船舶航迹的变化趋势,具有比较显著的优势。     

基于粒子群算法和PID相结合的船舶电喷柴油机自动控制

柴油机是船舶的主要动力来源,传统的柴油机采用机械液压式控制器,存在控制效率低、精度差的问题。近年来,基于自动化控制技术的船舶电喷柴油机成为了行业内的主流产品。本文研究船舶电喷柴油机的函数建模以及控制器搭建,采用基于粒子群算法和PID控制器的控制算法,显著提高了船舶电喷柴油机的控制效果。     

基于数据挖掘的船舶航迹点生成算法

随着船舶航运事业的发展,对船舶航线生成控制精度要求也越来越高,传统船舶航迹生成方法受航行环境影响较大,船舶航迹经常发生偏移等状况,难以保障船舶航行的精准和安全度,不能满足当前船舶航运事业的发展的要求。基于以上背景对船舶航迹点生成算法进行深入研究,结合数据挖掘法对船舶航行稳定性、安全性和经济性的角度出对船舶海量数据进行挖掘,对船舶轨迹点生成方法进行创新和优化。以便精准对船舶航迹点进行规划和决策,增强船舶航行过程中的抗干扰能力,提高船舶航行效率和安全,优化船舶通航避免船舶航迹点错误等问题。为了检验该方法的可行性,对船舶航迹点生成控制算法进行测试,通过对测试结果进行分析证实,基于数据挖掘的船舶航迹点生成算法可更加精准有效的对船舶航行位置进行控制。由此证实,该方法具有较高的仿真精度,适用于船舶航迹点生成控制算法的仿真研究工作。     

提升算法下船舶AIS航迹数据压缩方法

为保证船舶AIS航迹数据的有效管理,提升船舶管理水平,研究提升算法下船舶AIS航迹数据压缩方法。该方法通过IEC61162-1标准和ITU1371-1协议,转换AIS轨迹数据格式,采用基于偏序集的规则链方法清洗转换后的AIS数据,并完成数据中经度和纬度的坐标转换。将数据存储在SQLite数据库,并按照时间顺序将其导入提升算法中,通过该算法压缩船舶AIS航迹数据,获取船舶AIS压缩后航迹数据。测试结果显示：该方法的压缩率均在90.6%以上,数据长度损失率最大值为0.11%,压缩效果较好,并且可保证压缩后数据的完整性;压缩后可较好地保存船舶转向行为数据点,确保数据的效用成果,提升船舶的管理水平。     

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。     

神经网络优化PID的船舶发动机自动控制

船舶发动机自动控制系统十分复杂且有高阶强祸合的非线性特征。传统的船舶发动机采用的PID控制器,在船舶运行的整个制过程中其参数都固定不变,这就导致了船舶在实际运行过程中出现状态变化和系统参数的不确定性问题,难以达到最佳的船舶控制效果。而人工神经网络系统是对人脑功能的基本特性进行抽象简化的模拟系统,具有灵活和精准的特点以及良好的非线性处理和容错性能,在现代工业中得到了广泛应用。利用神经网络优化PID控制系统可有效解决传统船舶发动机运行过程中存在的不确定非线性问题。因此结合神经网络优化PID控制系统对船舶发动机自动控制系统进行研究和设计,并通过仿真实验验证神经网络优化PID的船舶发动机自动控制系统在运行过程中对船舶的控制能力。实验结果证实该系统能有效解决传统发动机中存在的非线性问题,在恶劣条件及故障情况下仍能保障船舶稳定运行。     

基于人工智能技术的船舶航迹点生成算法

利用栅格法构建海洋环境数据模型作为船舶航迹点生成的模拟图.在此基础上将航行距离最短与航行障碍物最少作为目标构建船舶航迹点生成数学模型,使用自适应交叉概率与变异概率优化鱼群算法,使用优化后的鱼群算法确定船舶航迹点生成数学模型的最终解,获取最佳船舶航迹点.经过试验分析,该算法能够准确生成船舶航迹点,与同类算法相比具有明显优...     

基于遥感图像的船舶航迹追踪算法研究

为了克服当前船舶航迹追踪算法存在的精度低、耗时长等不足,设计了基于遥感图像的船舶航迹追踪算法。首先采集船舶航迹的遥感图像,并得到船舶初始航迹,然后采用均值漂移算法和卡尔曼滤波算法对船舶航迹进行估计,达到船舶航迹追踪目的,最后进行船舶航迹追踪有效性测试,结果表明,本文算法解决了当前船舶航迹追踪算法存在的难题,获得了十分理想的船舶航迹追踪结果。     

基于AIS数据的船舶航迹多维预测方法

目前,船舶轨迹预测存在数据噪声严重、缺乏考虑历史轨迹的相似性的问题,导致预测精度不高,难以满足实际需求。针对该问题,从船舶自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)数据去噪、在预测模型中考虑历史数据两个方面提高船舶轨迹单步预测的精度和可靠性。根据相邻时刻的AIS数据修复当前时刻的船舶运动参数;使用二维长短时记忆网络(Long Short-Term Memory, LSTM)算法分别从时间和空间的角度将当前船舶的航迹数据和历史轨迹数据相融合,建立航迹预测模型和区域预测模型;利用试验数据验证模型的综合性能。试验结果表明:该模型可获得精度较高的船舶航行轨迹。     

基于模糊PID串级控制的航迹保持方法

提出一种用于动力定位船的直线航迹保持方法,该方法基于参数自整定模糊PID串级控制,利用模糊控制在线调整PID参数,并且把船速作为模糊判决的一个条件,使该控制方法能够适应不同的船速.仿真试验证明该控制方法航迹保持性能良好,能够适应环境和船速的变化,能精确的保持直线航迹.     

基于LSTM的船舶航迹预测

提出一种基于长短期记忆网络的船舶航迹预测方法,应用三次样条插值对船舶自动识别系统数据进行修复以保证其时间间隔相等,以船舶经度、纬度、航速和航向作为模型的输入,经度和纬度作为输出构建船舶航迹的实时预测模型。实验结果表明,该方法可以突破对预测时间间隔相等的要求,经纬度预测最大误差不超过5×10~(-4)°,能够比较准确地预测出船舶轨迹。     

基于航迹推演的船舶动态智能避碰方法

针对受限水域船舶动态智能避碰问题,将航迹预测与改进速度障碍相结合,提出一种船舶动态智能避碰方法。建立两船相对运动模型并实时计算船舶避碰运动参数,基于三自由度船舶操纵运动数学(MMG)模型和Kalman滤波算法分别预测本船(OS)和目标船(TS)下一时刻运动状态;然后结合《国际海上避碰规则》(简称《规则》)、良好船艺、航迹预测模型、速度障碍算法和航向控制系统等分析设计船舶动态智能避碰决策模型;通过仿真试验验证动态智能避碰决策模型的可行性和有效性。结果表明：该算法可满足受限水域两船和多船复杂会遇局面下船舶智能避碰,实现动态避碰条件下的船舶安全航行。     

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.     

基于船舶模拟器的航道航迹带宽度计算方法

航迹带宽度是航道规划、设计的重要参数,一直是航道宽度计算的难点.针对现行规范航迹带宽度计算系数取值困难的问题,基于船舶操纵模拟器,通过采集模拟试验仿真数据,采用将船舶航迹带宽度分为航线偏移量和船舶本身占用空间来直接计算航迹带宽度的方法.结合台州湾大桥区航道,仿真计算了典型风、流工况的航迹带宽度,仿真结果与现行规范计算结...     

基于PID算法的船舶动力定位数值模拟研究

船舶动力定位技术可以使船舶,尤其是工程船舶更具有机动性,船舶可以机动灵活地进行机动控制和定位。动力定位发展至今,已经发展了多种定位方法。本文主要针对较为经典的PID控制算法,对船舶进行动力定位控制的时域模拟,计算风、浪、流影响下船舶的动力定位和运动情况,分析各个推进器的推力输出和角度变化,评估船舶动力定位的能力和动力定位的可靠性。     

基于改进PID算法的船舶零件数控加工系统设计

船舶制造是国家工业实力的重要体现,船舶零件加工需要电机精确定位,但传统PID算法存在超调以及稳定时间过长的问题,因而难以满足现代造船业的需要。本文将PID算法和模糊控制进行有效结合,分析改进PID算法的基本原理,并对改进的PID算法进行建模和仿真。在此基础上提出船舶五轴零件数控加工系统的设计目标,并设计硬件的整体结构框架。测试结果表明,五轴数控系统的加工平面度、轮廓度以及加工精度均能够满足设计要求,系统具有较好的可靠性和稳定性。     

船舶航向自动控制的蚁群优化算法

针对当前船舶航向自动控制算法存在的局限性,为了提高船舶航向自动控制的精度,提出船舶航向自动控制的蚁群优化算法。首先对船舶航向自动控制的工作原理进行分析,建立船舶航向自动控制的数学模型,然后采用蚁群算法模拟蚂蚁搜索食物机制对船舶航向自动控制的数学模型进行优化,最后进行船舶航向自动控制的仿真模拟实验。结果表明,本文方法提高了船舶航向自动控制精度,工作十分稳定,而且船舶航向自动控制的超调量小于当前其它船舶航向自动控制算法。     

船舶从南到北穿越子午线航迹转向算法修正

为了改进大角度转向算法,针对船舶从南到北穿越子午线航迹转向时,可能出现的不合理转向的特殊情况,给出了通过改变设定航向、整定航向偏差和标志判断施加与原算法相反的舵角直到转向结束的三种修正转向算法。用VC编程实现了仿真,结果表明本改进算法在转向角大于180°或小于-180°时,能够选择其绝对值小于180°的方向转向,施舵合理,加快船舶转向过程并减小航行距离,进一步完善了转向算法。     

基于OD切分的船舶AIS航迹

通过对船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据进行深入挖掘,获取船舶海上交通特征信息。以频繁往返于厦门港水域的船舶中远之星号为例,基于Hive数据仓库和R语言平台,利用探索性分析和可视化等数据挖掘技术,得到反映船舶海上交通特征的信息。建立合理有效的航迹插补、航迹切分及子航迹段合并算法,得到若干个能清晰反映船舶运动路线的OD(出发点—终点)航迹。研究成果可为船舶航迹聚类、船舶异常行为检测和海上交通安全监控等奠定基础,从而实现船舶交通管理系统的智能化。