自适应神经网络用于船舶动力定位系统

船舶动力定位采用一种控制系统驱动装在船上的侧推器和尾部推进器或者几个全回转的推进器，使船定位在海平面的要求位置上，船受到风，浪及流等海洋环境力的作用时会漂移离原位置，传统的控制方法是采用ＰＩＤ反馈控制。顾和李提出了一种新的基于人工神经网络的控制方法，它具有许多优越性；（１）一个可随意调节的目标函数以适合不同的需求－定位精度高或节约定位能量，（２）前馈控制产自适应不同的环境力数以适合不同的需求－变化     

基于抛石驳船的自动定位控制系统设计与实现

为了提高湖北襄阳沉管隧道建设中抛石驳船的位移精度,基于实时定位动态技术(RTK)卫星定位的抛石驳船位移控制系统,研究出一种粗定位和精定位相结合的移船施工方法。通过对抛石船特性的预判及工作特性的掌握,结合RTK卫星数据进行工程应用验证,根据目标船舶与当前船舶间的位置,采用粗控制、细控制相结合的多级模糊控制设计,兼顾绞车钢丝绳受力平衡性,为移船过程提供了较好的平稳性。经实船验证,本系统能够将位移精度控制在20 cm以内,在同级别工程应用中精度较高。     

基于预测函数算法的船舶动力定位系统控制

在系统分析和研究船舶动力定位的基础上,提出了一种基于预测函数控制的船舶动力定位方法,设计了预测函数控制器。在船舶动力定位部分,介绍船舶动力定位系统数学模型的选取,在预测函数控制部分,具体的探讨了预测函数控制方法的原理以及具体的算法。最后采用工程数据,对该算法进行了仿真验证,结果表示,预测函数控制方法能对船舶进行有效的定位。     

船间水动力相互作用建模与仿真预报

为模拟考虑自由表面影响的船舶联合运动条件下的粘性流体流动,通过控制体积法求解非定常RANS方程以及六自由度（6DOF）运动方程,同时采用VOF模型、SST k-ω湍流模型以及滑移网格建立了一种预测船间水动力相互作用行为的方法,利用该方法开展孤立Wigley船体、孤立KCS船体、相互作用Wigley船体以及相互作用KCS船体的水动力特性研究,讨论了不同速度比对船间水动力的影响规律。结果表明：本文建立的船间水动力相互作用模型与文献结果符合较好,说明本文方法可有效解决船间水动力预测问题;对于静止目标船,追越过程中目标船受到的横向力主要受船间纵向距离对其产生的影响;对于航行船舶,追越过程中相对航行速度将会对目标船受到的横向力产生影响。     

船舶动力定位中的模糊控制器优化技术

动力定位系统是一种闭环控制系统，采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而尽可能使船舶保持在海平面要求的位置上。在传统模糊控制的基础上，将遗传算法引入模糊控制器的设计当中，根据已知的模糊控制规则，对模糊隶属度函数自动寻优，该方法用于船舶动力定位中，对船舶纵向运动进行控制与仿真，仿真结果证明遗传算法优化的有效性。     

控制船舶轴系纵向振动的动力吸振器参数优化研究(英文)

在船舶轴系中安装动力吸振器是减小船舶轴系纵向振动的有效方法,而动力吸振器的参数合理优化配置是控制轴系纵向振动的重要手段。将船舶轴系等效为多自由度系统,基于有限单元法建立船舶轴系纵向振动运动模型,并通过加装动力吸振器用于控制船舶轴系纵向振动。运用重分析方法求解轴系运动方程得到推力轴承处的力传递率和能量传递率,将二者作为评价动力吸振器对轴系振动控制效果的指标。在研究轴系响应频率范围内,提出将求解全局最优解较强的遗传算法与多目标优化算法相结合以优化动力吸振器参数;并且研究特定共振峰消减的参数优化问题。最后通过算例,比较不同目标函数以及动力吸振器不同安装位置对轴系纵向振动控制的影响,验证文中优化算法的可行性。     

一种模型预测控制算法在国产DP系统中的应用

在动力定位系统对风和流的作用力进行前馈控制的基础上,将卡尔曼滤波的状态估计方法运用于估算船舶低频运动信号,提出一种基于专家经验的模型预测控制算法.为检验该算法的控制精度和控制稳定性等技术指标,结合目标船的实际情况,对动力定位系统的水池试验进行了设计.不同模拟环境下的试验结果表明,该控制算法能够满足目标船对动力定位控制系统的技术要求,具有良好的控制精度和稳定性.     

多激励工况下重吊型半潜船振动特性

动态定位是海洋工程船舶的一种特别的定位方式。在动态定位工况下,船舶主推进器、可伸缩推进器和侧推进器同时运转,激励源增多,在周围水流的作用下,将较大的振动能量传递给船体,引起推进舱及上层建筑甲板产生较大的振动,严重影响船舶的舒适性。目标船为重型起吊船,在主甲板右舷处设置有5 000 t的起吊装置,在艉部配备4台主推进器,艏部配备2台侧推进器及2台可伸缩推进器。定位工况下,需同时开启这3种设备,船舶处于多激励状态,易引发上层建筑较大的振动。文章采用有限元方法,建立目标船的三维数值模型,分析了其振动的固有频率及模态,计算了多激励工况下整船的振动响应。结果显示:目标船自由振动的前6阶固有频率较低,均已避开各激励源的风险频率范围;多激励工况下,以可伸缩推进器和艏侧推器的激励为主,各层甲板速度响应的最大值出现在11 Hz附近,响应曲线出现多个峰值,振动耦合性增强,对加权值的影响增大,但最终均能满足舒适性相关的标准限值。     

面向船舶智能航行测试的变稳船控制系统设计北大核心CSCD

[目的]智能航行控制系统作为智能船舶的大脑和中枢,其控制性能的好坏直接决定船舶航行的安全性和经济性,因此需要对船舶智能航行控制系统进行验证。面向智能船舶智能航行控制系统的验证问题,提出一种通用型验证平台——变稳船。[方法]首先,基于模型跟随原理提出一种变稳船系统架构,分析智能船舶三自由度上的运动特性,然后根据三自由度变稳目标定义位置变稳误差,采用滑模控制技术设计变稳控制器,最后,在Matlab软件中进行仿真验证。[结果]结果显示,提出的变稳控制方法能够有效跟踪模拟待模拟船,实现变稳性能。[结论]所做研究可为智能航行控制系统的验证提供新的思路。     

基于有限元分析与MMG建模的POD船舶自抗扰控制研究

POD吊舱船采用了一种新型的船舶推进方式,与传统的船尾螺旋桨动力推进不同,吊舱船在船舶尾部安装了一种具有旋转自由度螺旋桨,可以产生360°回转作用力,可以大大提高船舶的动力特性和操控性能。本文首先采用一种MMG分离建模的方法,建立了POD船舶的动力模型和船舶所受作用力模型,然后在传统的船舶操控系统基础上建立了具有自抗扰功能的POD控制系统,并基于有限元模型对POD船舶的控制性能进行仿真分析。     

Global robust and adaptive output feedback dynamic positioning of surface ships

A constructive method was presented to design a global robust and adaptive output feedback controller for dynamic positioning of surface ships under environmental disturbances induced by waves, wind, and ocean currents. The ship’s parameters were not required to be known. An adaptive observer was first designed to estimate the ship’s velocities and parameters. The ship position measurements were also passed through the adaptive observer to reduce high frequency measurement noise from entering the control system. Using these estimate signals, the control was then designed based on Lyapunov’s direct method to force the ship’s position and orientation to globally asymptotically converge to desired values. Simulation results illustrate the effectiveness of the proposed control system. In conclusion, the paper presented a new method to design an effective control system for dynamic positioning of surface ships.     

圆柱壳结构输入功率流主动控制研究

利用导纳函数表示圆柱壳体在激励力与控制力同时作用下的响应,将输入壳体的总功率流表示为哈密顿二次型函数的形式,并以此为目标函数对壳体振动进行主动控制研究.另外,在目标函数中添加控制力幅值二次项以便用较小的控制力取得较为理想的控制效果.利用前馈二次型最优控制理论得到最优控制力并讨论了几个重要参数对控制效果的影响.     

一个在船舶推力分配中避免奇异结构的简单方法

处在奇异结构的船舶可能会突然失位,因为无法及时提供船舶所需的推力.文章提出了一个在船舶推力分配中避免奇异结构的简单方法.为了验证这个简单方法的效果,进行了一个半潜平台的时域模拟.时域模拟中用到了两种避免奇异结构的方法,包括新提出的方法和文献中经常提到的典型方法.从结果中可以得出,这个新方法具有和典型方法同样好的推力分配效果.用这个简单方法,虽然消耗的能量有少量增加,但时域模拟所花的时间大大地缩减了.这个简单方法的高效率可以保证它在船舶动力定位的实时推力分配中得到更广的应用.     

A survey on modeling and control of thruster-assisted position mooring systems

This review presents a systematic summary of the state-of-the-art development of technological solutions, modeling, and control strategies of thruster-assisted position mooring (TAPM) systems. The survey serves as a starting point for exploring automatic control and real-time monitoring solutions proposed for TAPM systems. A brief historical background of the mooring systems is given. The kinematics and a simplified kinetic control-design model of a TAPM system are derived in accordance with established control methods, including a quasistatic linearized model for the restoring and damping forces based on low-frequency horizontal motions of the vessel. In addition, another two mooring line models, i.e., the catenary equation and the finite element method model, are presented for the purpose of higher-fidelity simulations. The basic TAPM control strategies are reviewed, including heading control, surge-sway damping, roll–pitch damping (for semisubmersibles), and line break detection and compensation. Details on the concepts of setpoint chasing for optimal positioning of a vessel at the equilibrium position are discussed based on balancing the mooring forces with the environmental loads and avoiding mooring line failure modes. One method for setpoint chasing is the use of a structural reliability index, accounting for both mean mooring line tensions and dynamic effects. Another method is the use of a lowpass filter on the position of the vessel itself, to provide a reference position. The most advanced method seems to be the use of a fault-tolerant control framework that, in addition to direct fault detection and isolation in the mooring system, incorporates minimization of either the low-frequency tensions in the mooring lines or minimization of the reliability indices for the mooring lines to select the optimal directions for the setpoint to move. A hybrid (or supervisory switching) control method is also presented, where a best-fit control law and observer law are automatically selected among a bank of control and observer algorithms based on the supervision of the sea-state and automatic switching logic.     

动力定位船舶全速度路径跟踪CB导引自适应闭环控制

针对仅使用槽道推进器提供横向推力的动力定位船舶路径跟踪控制问题,建立慢变环境干扰影响下的非线性船舶数学模型,设计带有自适应干扰补偿的反步控制算法来消除环境干扰的影响。引入平行目标接近(CB)导引算法为跟踪控制生成期望速度矢量信号,通过与所提出的自适应反步控制算法相结合,得到不受船舶驱动特性限制的全速度范围动力定位船舶导引跟踪控制算法,应用李雅普诺夫稳定性理论证明系统跟踪误差渐进收敛到零。仿真结果表明通过调整导引算法参数可以调节船舶跟踪过程表现,并可以得到较好的控制精度。     

舰船双网络信息和控制一体化系统

提出用国际标准化的信息网络LAN和控制局域网络CAN巧妙地组成双网络，并将信息和控制的所有单元分散与双网络连网的办法，组成一种双重冗余高可靠、实用、低成本的舰船信息和控制一体化的新系统，国际上称为IAS系统。本系统已成功地应用到广东1000吨测量船及上海4500kW拖轮上，是21世纪的一种舰船新设备。     

导管架式海洋平台自适应预测逆控制研究

文章提出了一种新的基于动态刚度阵法的导管架式海洋平台模糊神经网络自适应预测逆控制模型。该模型是通过安放在海洋平台桩腿上的压力传感器实时采集海洋平台所受波浪力,然后应用动态刚度阵法快速而准确地计算出平台顶部的响应,再将此响应作为模糊神经网络预测逆控制器的输入信号,预测出下一时刻平台顶部的控制力来对海洋平台振动响应进行控制;同时,通过反馈的自适应预测逆控制器来减小扰动和前馈控制的误差。为了验证该模型的抗干扰能力,文中还对有随机风载荷扰动情况下的导管架式海洋平台主动控制进行了研究。最后的数值算例结果表明,文中所提出的导管架式海洋平台主动控制模型具有较强的抗干扰能力,能很好地解决控制系统中存在的时滞问题,可有效地控制导管架式海洋平台的振动响应。     

一种炮射封控弹药及其关键技术

封控弹药是基于近年来自组网技术、传感器探测技术、无源定位技术、自寻的技术等技术的发展而研发的一种集信息获取、传输、接收并显示和攻击为一体的新型弹药武器系统,主要利用大口径火炮或布撒器布撒,论文主要研究基于大口径火炮的封控弹药。布撒后子弹可具有反装甲车辆、卫星定位、组网通讯、目标探测、信息回传和远程控制等功能。     

多功能支持船波浪载荷研究

波浪载荷研究是船舶性能预报和结构安全评估的关键内容。文中利用势流理论直接数值求解多功能支持船遭受的波浪载荷(包括一阶波频力和二阶漂移力),利用统计方法得到波浪载荷的长期预报和短期预报极值,包括波浪总纵弯矩和垂向波浪剪力以用于后续的船舶整体结构安全评估,以及纵向漂移力、横向漂移力和首摇漂移力矩用于船舶的动力定位能力分析中。研究结果表明:求解波浪载荷的势流理论方法精确,能为后续的船舶性能预报和结构安全评估提供可靠的载荷输入。     

变质量俯仰系统分区间PID位置跟踪控制方法研究

变质量俯仰系统随载荷质量和俯仰角位移的变化,其俯仰体质心位置随之变化,进而其驱动转矩等因素也随之变化.为设计变质量俯仰系统的自适应控制策略,提出了俯仰机构驱动电机的分区间PID控制方法.以位置随动精度和随动时间为目标,设计了位置环三区间PID控制方法.基于ADAMS与Simulink联合仿真技术,建立了变质量俯仰系统虚拟样机模型.通过仿真与物理样机试验,对比分析经典PID和分区间PID控制算法的位置控制准确性和快速性.研究结果表明,分区间PID控制算法在规定响应时间范围内,误差精度不超过0.5°,能有效提高变质量俯仰系统的控制精度.