基于Backstepping的船舶航向自适应鲁棒

针对非线性船舶航向控制中船舶参数不确定性以及外界干扰随机性的特点，提出了一种基于Backstepping的自适应鲁棒控制器非线性系统的设计方法．为了消除静态误差，设计过程中引入了积分器，并借助Lyapunov函数证明了该控制策略使得闭环系统全局一致最终有界，选取恰当的设计参数可保证航向保持误差任意小．仿真结果表明所设计的控制器是有效的．     

Backstepping在船舶航向自适应鲁棒非线性控制器设计中的应用

船舶航向控制器在船舶整体控制系统中发挥着重要作用,是船舶安全稳定航行的关键。考虑到航行过程中外界干扰具有诸多不确定性,以及船舶控制存在非线性,本文利用Backstepping的设计方法,结合自适应鲁棒控制,提出带有积分器的航向控制器控制方案,并应用到船舶航向控制器的设计中,仿真结果证明该方案下的控制器有效性良好。     

船舶航向非线性系统的鲁棒自适应控制

考虑船舶航向控制系统模型中存在非线性,并且模型参数是未知的情况下,利用Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论,提出了一种鲁棒自适应控制新算法。以“育龙”轮为例,进行了鲁棒自适应自动舵设计,并利用 Ｍａｔｌａｂ工具箱进行了仿真研究,结果证明该算法十分有效。     

Backstepping设计方法在船舶航向控制器中的应用

采用Backstepping设计方法逐步推导出控制器控制的规律,使得系统在平衡点处逐渐平稳,最后利用非线性船舶模型有环境干扰的情况下进行实验仿真。实验结果表明,Backstepping设计方法具有良好的跟踪效果,基本实现了无误差跟踪。     

基于鲁棒自适应扰动观测器的船舶航向保持控制器设计

针对受外界海洋环境扰动的欠驱动船舶航向保持控制问题,设计一种基于鲁棒自适应扰动观测器的船舶航向保持控制算法。通过Lyapunov理论,证明设计的控制器半全局一致最终有界稳定(Semi-Global Uniform and Ultimately Bounded, SGUUB)。以"育鲲"轮为船舶模型,建立考虑外界干扰的非线性Nomoto数学模型,在4级海况下进行航向保持仿真试验,并且与已有的控制算法进行对比,仿真结果表明:在达到稳定之后,基于鲁棒自适应扰动观测器的船舶航向保持器能使舵机操舵频率明显下降,舵机损耗较低,进一步验证提出的控制器算法具有较好的控制效果和鲁棒性。     

船舶航向非线性系统自适应动态面控制器设计

针对船舶航向控制非线性系统模型中存在的不确定性和外界干扰的影响,采用动态面控制算法设计了一种鲁棒自适应控制器.由于在反步法设计过程中加入了一阶低通滤波器使得该方法无需对模型非线性多次微分,因而设计方法简单.所设计的鲁棒自适应控制器不仅能保证闭环系统的半全局渐近稳定,使得输出渐进跟踪期望轨迹;而且,跟踪误差可以通过控制器的设计参数加以调整.以中远集装箱船COSCO Shanghai号为例进行仿真研究,结果证明所设计的控制器是有效的.     

基于自适应反步控制的船舶航向控制器

本文在非线性船舶运动模型的基础上,设计基于自适应反步控制的船舶航向控制器,并通过设置控制参数对控制器进行仿真。在仿真过程中,通过无积分器情况下的船舶航行情况,以及有外界环境时船舶的航行变化,说明本文所设计的控制器鲁棒性强。     

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。     

船舶航向自适应神经网络鲁棒跟踪控制

针对存在不确定性和带有完全未知时变环境扰动的船舶航向非线性控制系统,将指令滤波技术和反步法相结合,设计了一种船舶航向自适应神经网络鲁棒跟踪控制器,该控制器的提出不依赖于外部扰动任何的先验信息。首先,利用神经网络补偿船舶航向非线性控制系统中的非线性项;设计自适应律在线更新神经网络权重向量和估计时变环境扰动的未知界。为了避免传统反步法中对虚拟控制律的反复求导,引入指令滤波技术,使得所设计的航向自适应神经网络跟踪控制器具有结构简单、易于工程实现的特点。理论分析表明,所设计的控制器能使船舶实际输出航向以任意期望的精度跟踪给定的参考航向,保证船舶航向闭环控制系统中所有信号一致最终有界。最后,以大连海事大学远洋实习船“育龙”轮为例进行仿真,仿真结果验证了所提控制器的有效性和鲁棒性。     

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.     

基于Backstepping方法的不完全驱动船舶直线航迹控制器的设计

针对不完全驱动船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,采用Lyapunov,直接法和非线性反步法,给出了一种状态反馈控制律.该控制律克服了艏摇角速度不能为零的局限,使偏航船舶渐近镇定于给定的直线参考航迹,并以实习船为例,用Matlab Sirnulink工具箱进行仿真.结果表明,所提出的控制律具有良好的控制效果.     

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。     

非线性Backstepping算法在舰船航行控制器的应用研究

随着我国远洋海上贸易的发展,舰船的航行控制需求也随之快速提高,这对航行器的控制提出了更高的要求,尤其是在复杂的海洋环境中,存在众多的干扰因素,必须有效克服这些干扰,船舶的航行安全才能得到保障。本文介绍一种非线性Backstepping算法,并结合平行计算原理,有效地提高了航行控制器的性能,使航行器的智能化水平得到显著提高,而平行计算能够有效提高航行控制器非线性数据的处理能力。     

基于两机并联非线性数学模型的舰船电力系统自适应控制器设计

近年来,舰船电力系统的规模显著扩大,内部结构与运行的方式也愈加复杂,使得舰船电力系统运行的安全性与稳定性作用逐渐突显出来,对舰船安全航行提出了全新的要求。其中,舰船电力系统属于高纬度非线性系统,要想确保其动态性能与静态性能更加稳定,就必须合理引入非线性控制理论。在舰船电力系统自适应控制器的实际过程中,可在优化自适应控制器性能的基础上,全面完善舰船电力系统的作用。基于此,文章将舰船电力系统自适应控制器设计作为主要研究内容,重点研究了两机并联非线性数学模型的具体应用     

自适应免疫遗传算法在船舶航向控制器中的应用

传统的船舶航海控制器由于性能一般,当遇到复杂的海洋环境时,往往不能胜任船舶的操控要求,而且其安全性也较差,因此在船舶航向控制器设计时,需要综合考虑操作的稳定性和安全性。本文采用自适应免疫遗传算法对航向控制器的工作参数进行优化,增强该控制器的鲁棒性和抗干扰能力,能够适应复杂的海洋环境。通过遗传算法进行PID控制器设计,校正控制器的各项参数。在干扰信号的输入下,航向控制器能够始终维持稳定的航向角,说明此控制器的抗干扰能力良好。     

Nomote数学模型在船舶航向鲁棒性控制器的设计应用

船舶航向控制器是控制系统的关键装置,该装置的性能将直接影响船舶航行的安全性和稳定性。传统的船舶航向控制器模型已经无法满足船舶航行的要求,船舶航向鲁棒性控制器逐渐成为船舶制造行业研究的重点。本文对船舶航行控制系统进行研究,在Nomote数字模型的基础上提出了船舶航向鲁棒性控制器的设计方案。     

舰船航向非线性系统自航抗干扰控制器研究

本文针对舰船运动的非线性、易受干扰影响等问题,结合舰船航行的数学模型,将自抗干扰控制算法应用于舰船的航向控制系统。研究自航抗干扰控制器的基本原理,分析传统PID控制器的优缺点,设计自航抗干扰控制器,并且对其进行仿真研究。     

Design of robust fuzzy controller for ship course-tracking based on RBF network and backstepping approach

1 Introduction1 Recently, adaptive control approaches based on fuzzy neural network (FNN) have been studied in a lot of papers [1–4]. FNN combines the capability of fuzzy reasoning in handling uncertain information and the capability of artificial neural…