互联网环境下船舶航向数据交互式智能控制方法

互联网环境下,对船舶航向数据的控制要求高,而传统方法调节速度慢、适应性差,导致最终的航向控制效果不理想,为此提出并设计了船舶航向数据交互式智能控制方法。使用线性特征反馈航向数据中的不确切控制对象,通过整合模糊参数,确定航向数据的控制规则,再融合交互式控制算法,简化计算步骤,完成船舶航向数据的交互式智能控制方法设计。仿真实验结果表明,交互式智能控制方法具有较快的调节速度和良好的适应性能,较传统方法的调节速率高21.5%,具备极高的有效性。     

基于鲁棒反馈线性化的船舶航向鲁棒内模控制

针对具有不确定项的船舶航向非线性数学模型,结合鲁棒反馈线性化方法和鲁棒内模控制算法设计出了船舶航向的鲁棒内模控制器.该方法先将船舶航向非线性数学模型鲁棒线性化,在补偿型船舶航向鲁棒控制律的基础上,设计出内模控制算法.鲁棒内模控制器中的反馈滤波器可以抑制参数摄动引起的实际输出与模型输出的误差,并对相关参数进行在线校正.以...     

船舶航向自动保持控制及设计

针对非线性船舶航向控制系统,将Line of Sight(LOS)引导律与滑模控制算法相结合,设计一种航向保持滑模控制算法,通过设计合理的李雅普诺夫函数及利用其稳定性理论对系统的稳定性进行了分析,并利用"育龙"轮运动数学模型进行计算机模拟仿真,验证设计思想的可行性和控制算法的合理性及有效性。仿真结果表明,控制算法可以保证航向控制系统的渐近收敛及稳定,根据该控制算法所设计的控制器,能够使船舶航向精确的保持在预定航向上,具有优良的控制效果。     

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Lyapunov稳定性的船舶航向保持控制器非线性反馈改进

[目的]船舶航向保持是船舶自动导航的核心,其实现离不开非线性控制算法的设计。为了简化控制器的设计过程,提高系统鲁棒性,节省控制器的能量输出,提出一种基于Lyapunov函数改进的具有非线性反馈的控制器。[方法]首先,通过构建Lyapunov函数,简化控制器设计过程,避免非线性控制律对消系统的非线性项;然后,用指数函数处理后的航向误差代替航向误差本身的非线性反馈项,优化控制系统设计,减少能耗;最后,以实际船舶"育鹏"轮为例进行系统仿真。[结果]结果显示,采用上述方法设计的控制器控制效果良好,更加节能,且系统具有鲁棒性。[结论]研究表明,非线性反馈项的引入可以优化控制系统,其能节能的优点在实际工程应用中具有重要意义。     

虚拟现实技术下船舶航向控制算法测试平台设计

首先分析非线性船舶模型中PID如何控制船舶航向;然后进行控制算法设计,并且将航向控制算法以流程图的形式进行描述;进一步搭建船舶航向的虚拟环境,以此来研究环境等外力对船舶航向的影响;最后通过仿真实验进行控制算法验证。通过对PID参数进行调整,实现对船舶航向的最好控制参数,从而有效对船舶航向进行控制。     

基于网络的船舶航向保持控制仿真平台设计

为使设计的控制器能通过网络控制船舶,根据VB具有的面向对象和用户图形界面设计简单的特点,设计一套基于网络的船舶航向保持控制仿真平台。在该平台上,以"育鲲"轮为被控对象,以PID控制算法为控制器,以Internet为数据通信载体,进行系统测试。结果表明:该仿真平台操作简单,设计合理,航向保持控制性能良好。     

基于积分逆推-非线性阻尼算法的船舶航向控制器设计

针对含有匹配不确定项的Norrbin非线性船舶数学模型,将逆推(Backstepping)算法和非线性阻尼(Nonlinear Damping)相结合设计船舶航向控制器,成功消除了由风、浪、流外界干扰引起的系统不确定项,并保证了闭环系统所有状态最终一致有界.同时在设计过程中引入了积分项,更好的改善了系统的性能.仿真结果表明,该算法是完全有效的.     

非线性修饰与模糊控制船舶航向保持控制比较

为寻找一种更为节能的船舶航向保持控制算法,采用非线性修饰技术和模糊控制技术,分别设计两种控制算法。通过使用SIMULINK工具箱,以"育鹏"轮为仿真对象,对两种算法的控制效果进行验证和对比。结果表明:使用指数函数修饰技术设计的控制算法,能够较好地实现船舶航向保持的目标,同时使平均舵角的使用率下降约15%,并且在船舶模型发生摄动时仍然能保持良好的控制效果。这表明使用非线性修饰算法设计的控制器具有节能和鲁棒性强的特点。     

船舶自动舵控制算法仿真测试平台

为了方便科研人员进行船舶运动控制算法研究,采用Visual Basic 6.0开发了一套基于Norrbin六自由度非线性船舶运动数学模型的船舶自动舵控制算法仿真测试平台.该平台提供了标准的输入、输出数据接口,用户据此编写航向保持控制算法,不限编程语言和控制算法类型.大量的航海计算、船舶运动数学模型、海况干扰、海图显示、曲线显示、航线规划、报警等程序由测试平台给出.测试结果可与内设算法进行比较,并以简易海图、数字、曲线、综合性能指标的形式显示.以自行设计的航向保持PD控制器作为外接控制器对本系统进行测试,结果令人满意.本测试平台具有界面友好、简洁易用、成本低廉的优点.     

模糊滑模控制在船舶航向非线性系统中的应用

针对一类不确定的非线性系统,把模糊自适应和滑模控制相结合,设计了一种积分滑模控制器。该方法采用模糊逻辑逼近非线性函数,并且为了消除常规滑模控制器被跟踪信号及其导数已知的限制,在滑模控制中引入了积分项;基于Lyapunov方法导出在线调节的切换增益自适应律,有效的克服了系统固有的抖振问题。理论分析证明了闭环系统的稳定性和跟踪误差收敛于零的某邻域内。用该控制器对船舶航向进行跟踪控制的仿真研究结果表明:该控制器具有较强的鲁棒性和较好的跟踪性能。     

船舶航向模糊自整定操舵控制器的研究

船舶航向操舵控制是个典型的非线性系统,而工程上经常使用的常规PID(Proportional Integral Differential)控制器则为线性控制,至于模糊控制虽为非线性控制,但稳态精度不高。将常规PID控制与模糊控制相结合,基于Norrbin非线性系统模型和模糊自整定PID控制器的设计步骤,提出一种新的船舶航向控制算法,即船舶航向模糊自整定操舵控制器,并针对5 446标准箱的集装箱船舶,用Matlab进行了仿真计算。仿真结果表明,该控制算法可以使船舶航向控制从动态和稳态上都具有较好的精度,跟踪响应迅速,超调量小。     

基于无模型的船舶航向跟踪控制

船舶航向运动系统具有典型的大惯性、大时滞、非线性等特点,并受到自动舵执行能力的约束以及船舶运动中风、浪、流等外界干扰的影响,使得航向控制器的设计非常困难。针对这种情况,本文试采用自抗扰控制技术解决船舶航向控制的鲁棒性问题。自抗扰控制技术是一种新型的非线性控制方法,用扩展状态观测器估计系统所受实时总和干扰,包含内部动态和不确定外部干扰,然后用非线性误差状态反馈完成一类模型不确定对象的控制。仿真结果表明该控制器在船舶航向的跟踪和保持上具有良好的鲁棒性、自适应性和跟踪性能。     

Robust adaptive course-keeping control of under-actuated ships with the rudder failure北大核心CSCD

[目的]针对舵机故障、控制增益未知和海洋环境干扰情况下的欠驱动船舶航向保持问题,设计一种考虑舵机故障的船舶鲁棒自适应航向保持控制算法。[方法]通过结合鲁棒神经阻尼技术和自适应方法,对繁重的神经网络权值进行横向压缩,仅需设计2个自适应学习参数对未知增益和舵机故障参数在线补偿,以确保船舶在舵机故障的情况下能够有效执行航向保持任务。通过李雅普诺夫理论,证明所提出的控制器半全局最终一致稳定有界(semi-global uniform and ultimately bounded,SGUUB)。最后以“育鲲”轮为仿真对象,建立非线性Nomoto数学模型,在海洋干扰下进行对比仿真试验验证。[结果]结果表明,在此策略下,“育鲲”轮在舵机故障情况下平均舵角输出比仿真试验中所对比的传统方法降低了51%,可改善航向保持控制效果。[结论]研究结果可为欠驱动船舶的航向保持控制问题提供借鉴。     

模糊自适应滑模控制在航向控制器中的应用

船舶的转向控制主要依靠操舵仪,操舵仪通过检测舵角信号与给定航向角的误差,进行航向的灵活调节。为了提高船舶操舵仪的精度,本文对船舶操舵仪的控制器进行研究。结合自适应滑模控制技术和模糊控制技术,建立了一种具有自适应控制的船舶航向控制器。通过数学建模和计算机平台的模型仿真,验证了该船舶航向控制系统的性能。     

滤波反步法在船舶航向自适应控制中的应用

船舶航向自适应控制是船舶控制领域研究的重点,近年来,随着计算机技术的快速发展,一些典型的控制算法被应用于船舶航向控制系统中。滤波反步法是一种以Lyapunov函数为基础的递归设计算法,能够有效提高自适应控制系统的鲁棒性。本文研究船舶运动方程和船舶航向控制理论,在此基础上,设计基于滤波反步法的船舶航向自适应控制器。     

基于DSC方法的船舶航向反馈控制

船舶控制系统一般都是非线性,因此在非线性系统中常常会存在不稳定的问题,为了有效提高船舶航向控制系统的输入信号和输出信号闭环系统的稳定性。本文采用DSC(动态面控制)算法来进一步提高非线性闭环系统中控制的稳定性,首先对船舶的航向控制系统进行状态建模,然后设计具有反馈控制回路的DSC控制器,从而解决控制信号的瞬态不稳定的问题。     

基于航速保持的舵减摇控制方法

船舶航行受阻力影响引起航速和能量损耗。研究船舶在静水和波浪中的附加阻力,给出船舶航行时的总体航速损失的计算方法。设计带有航速损失约束的自动舵控制系统,依据舵角协同控制方法设计航向和舵减摇滑模控制规律。综合讨论"航向"与"航向+减摇"两种工作情况,包括横摇稳定、航向精度、航速保持、操舵能量消耗。仿真结果表明:该方法可以有效保持航速;从航行经济性的角度,对于同时安装有减摇鳍和自动舵的船舶,不推荐采用舵鳍联合减摇的控制方法。     

基于遗传学习算法的船舶航向智能控制方法

针对现有船舶航向控制方面采用的传统控制算法,在对船舶航向数据计算过程中存在数据迭代分析准度失常,无法适应性逻辑推导航向数据量的问题。本文提出基于遗传学习算法的船舶航向智能控制方法,利用遗传算法作为理论算法,对船舶航向数据进行遗传数据的建模,从而得到迭代航向控制量计算因子;接着,引入基于遗传算法的NRD蚁群学习算法,对得到的迭代航向控制量计算因子进行最优控制因子的蚁群化计算,得到船舶航向控制的最优适应控制参量;最后,引入适应性控制算法将最优适应控制参量导入算法,使其生成航向适应性计算逻辑策略,最终实现船舶航向的智能化控制。实验数据表明,提出的方法在航向数据迭代分析计算准确性上,准确度较高,满足可行性与有效性测试要求。     

基于节能省时航行的新型航向控制系统设计

为设计出既能缩短航程又能降低能耗的新型船舶航向控制系统,本文系统分析了船舶运动的非线性数学模型和常规的航向比例-微分-积分(PID)控制算法;在此基础上运用遗传算法(GA)在线自动优化整定常规的PID控制参数,从而实现反馈控制和保证系统的稳定性,运用小脑模型(CMAC)神经网络进行前馈非线性控制、进而抑制源自船舶内外部的非线性干扰,最终确保系统的控制精度和响应速度;在船舶操纵模拟器上对所设计的新型航向控制系统作了仿真试验,试验结果表明:该系统性能优越可靠且具有较强的鲁棒性。