具有饱和约束的船舶航向非光滑反馈控制设计

针对具有饱和约束的船舶航向控制问题,提出一种基于Lyapunov稳定性理论的非光滑反馈设计实现航向无差控制.该方法结合闭环控制及开环控制两种设计手段,在保证船舶航向控制系统稳定的前提下,克服舵角工作范围约束,可在初始条件已知情况下,保证船舶在任意位置实现无差航向控制.多种情况下数值仿真结果验证了该非光滑设计方法的有效性.     

船舶航迹保持的神经网络控制器研究

提出一种船舶航迹保持在线神经网络控制器。该控制器能解决精确的船舶动态模型难以建立的问题,能用舵角同时控制航迹偏差和航向偏差,能通过对控制精度的直接计算来自动地在线训练学习而不需离线训练学习过程。计算机仿真结果表明了该控制器训练方法的有效性和控制的鲁棒性。     

减摇航向自动舵的简捷鲁棒优化控制算法

为使航向自动舵在简捷鲁棒控制的基础上实现舵减摇功能,在小幅度增加控制成本的前提下增强船舶抗风浪能力,设计具有船舶航向保持、航向改变和舵减摇三种工作模式的简捷鲁棒优化控制系统.该系统在船舶运动状态和海况发生变化后,通过检测航向偏差和横摇角的标准差值是否超出设定阈值,进而适时地利用遗传算法优化控制系统参数.以非线性船舶运动模型为控制对象的仿真试验结果表明,该控制系统在船舶横摇自然频率附近较宽频带内减摇效果显著,并具有较好的转向和航向保持性能.控制器参数具有较好的自适应调整能力.     

船舶航向控制系统设计中有关问题的研究

研究了船舶航向控制设计中航向控制环与舵机控制间的联结方式,舵机开关控制特性对船舶航行的影响,航向控制的综合优化指标,以及线性控制原则在航向非线性系统中的主要作用,如何体现在2个舵角(初始舵角和反舵角)控制量上等问题,以供船舶航向控制工程设计时参考。     

船舶航向非线性系统自适应模糊补偿控制

摘要： 研究了船舶直航和谐波航向控制问题.基于Lyapunov稳定性理论,将自适应模糊补偿技术应用到船舶航向非线性响应模型中,利用万能逼近定理构造模糊系统逼近系统中的未知非线性,提出了一种基于自适应模糊补偿且带有物理约束二阶滤波器的鲁棒跟踪控制器.运动响应模型考虑了建模误差和外界干扰,模糊系统能有效地逼近非线性系统,控制器能够准确地跟踪预设航向和转首角速度.舵角控制结合舵机伺服系统模型,操舵情况符合物理现实. 数值仿真在相同控制参数下与传统比例 微分(PD)控制作比较,结果验证了自适应模糊控制器的有效性和优越性.     

基于航向控制的欠驱动船舶曲线航迹控制

针对无人操纵船舶的曲线航迹跟踪控制问题中,大多数控制器都采用带有时间参数t的航迹表示法的情况,设定一种新的与时间无关的航迹路径表示方法。通过引入偏航误差,得到期望航向角的补偿值,并以此消除航迹控制中的偏航误差,达到曲线航迹控制的目的。并采用滑模控制以及模糊S面的思想,提出一种基于航向控制的曲线航迹控制方法。仿真结果说明该航迹表示法的可行性,以及控制律的有效性。     

全任务航海模拟器的航迹保持算法

为满足全任务航海模拟器的功能需要,采用Visual C++重新进行设计,改进了原用C语言实现的船舶航迹自动舵.航迹保持算法采用间接式算法,超出偏差带时采用多模态控制,使船舶回到偏差带以内;航向保持采用常规PID控制算法.仿真结果表明,风力7级时,在超出偏差带或转向时船舶均能自动回到预定航线上,最大航迹偏差为2 n mile.采用VC实现的航迹自动舵可满足航海模拟器的功能要求.     

欠驱动水面船舶航迹跟踪自抗扰控制

为实现欠驱动水面船舶在内部动态不确定和外界风流干扰情况下的航迹跟踪控制,首先构造能够使航迹偏差收敛的船首向角的跟踪方程,然后将航迹控制转化为实际船首向跟踪期望船首向的航向控制问题.应用自抗扰控制技术设计自抗扰航迹跟踪控制器,解决了恒定风流干扰造成的船舶横漂问题.应用非线性水动力模型进行仿真,结果表明,控制器能够实现欠驱动船舶对直线和曲线路径的精确跟踪,且具有较强的鲁棒性.     

基于积分Backstepping的船舶航向非线性滑模控制

设计一种基于积分Backstepping的船舶航向非线性滑模控制器,实现船舶在大幅度改向操纵运动中航向准确快速跟踪控制.在采用Bech船舶操纵运动数学模型精确描述船舶大幅度改向运动性能的基础上,利用反演法设计航向改变控制算法,引入积分控制环节消除模型参数不确定性和风、浪、流等干扰影响,借助Lyapunov稳定性定理证明控制系统渐近稳定.对实船的仿真对比可知,本文设计的船舶航向控制器性能优越,控制舵角合理,控制输出航向对本船参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强的鲁棒性.     

随机波浪下基于粒子滤波算法的船舶航向控制

针对波浪扰动环境下船舶航向运动控制问题,运用粒子滤波(particle filter,PF)算法对含有随机扰动的船舶运动状态变量进行优化。根据三自由度整体型船舶运动模型,以及海浪扰动力模型,建立状态方程和观测方程。在此基础上,基于后验概率估计原理采用随时间变化的加权随机粒子之和逼近真实状态变量,并利用蒙特卡洛抽样方法来实现此状态估计过程。在获得真实状态变量后,采用比例-积分-微分(proportion integral derivative,PID)控制算法计算出指令舵角,通过调整舵角对船舶在波浪环境下的航向进行控制。仿真结果表明经粒子滤波算法处理后,在波浪环境下,船舶的航向角非常接近指定航向角,并且在不同类型的运动下,船舶航向控制性能都得到了显著的提升。     

船舶航向的神经网络二阶导数多步预测模糊自适应控制

针对大型船舶控制特性,设计了船舶航向的神经网络二阶导数多步预测模型及其辨识和预测算法,提出基于径向基函数神经网络多步预测模型和模糊小脑模型关节神经网络控制器的大时滞船舶航向模糊控制自动舵方案,解决传统自适应控制中模型的在线辨识和控制器的在线设计问题,以达到对具有大时滞、不确定非线性特性的大型船舶实现高精度输出跟踪控制.仿真结果表明对设定航向具有精确的跟踪控制效果.     

舵的时间最优控制设想

自动舵是船舶的必需设备,目前广泛使用的有比例微分舵,比例积分微分舵及自适应舵。应用最优控制理论,提出一种时间最优控制器的设计方案,当船舶出现航向偏差时,该控制器控制舵叶使船舶在最短的时间内过渡到指定的航向。     

船舶在规则波中回转运动的研究

研究了船舶在规则波中的回转性能．首先进行约束模型试验，得到了水动力系数，然后计算船舶在规则波中的回转圈．计算时考虑了波浪漂移力，并讨论波高一定时波长、舵角、船速对回转圈漂移的影响．     

港内船舶低速航行时的舵效

为研究船舶在停车淌航时的舵效,采用MMG建模方法,将常速域和低速域数学模型相结合,建立适于港内船舶运动的数学模型,并考虑浅水、低速、漂角等因素的影响,利用MATLAB软件进行算法实现.对三种船型在港内停车淌航时的舵效进行仿真,通过对仿真结果的分析与比较,得出影响舵效的系列结论;同时,综合专家意见,得出三种船舶有舵效的最低速度,可为驾引人员在实际工作中提供参考.     

双舵轮自动导引车轨迹追踪控制算法

为提高双舵轮自动导引车(automated guided vehicle, AGV)轨迹跟踪控制性能,设计了基于模型预测控制的轨迹跟踪控制器。以双舵轮自动导引车为研究对象,首先建立自动导引车运动学模型,求得车体转弯半径,并重点分析双舵轮自动导引车转向优势;然后,对双舵轮导引车建立了基于模型预测控制的轨迹跟踪模型,并考虑车体运动性能指标及各类约束,最后通过仿真实验验证了模型预测控制算法用于双舵轮自动导引车的可行性,且分析了控制时域权重和预测时域长度两项模型参数对系统性能的影响;与基于比例-积分-微分轨迹跟踪控制器的自动导引车进行轨迹跟踪对比仿真实验。最终实验表明,采用该模型预测控制器可以满足各类约束条件,高效精准完成对连续大曲率目标路径的有效跟踪,同时具有较高的实时性和鲁棒性。     

船舶航向跟踪系统自适应滤波反步终端滑模控制

针对船舶航向非线性系统,提出了一种基于自适应滤波反步法的终端滑模控制器. 系统由二阶非线性野本模型和舵机响应模型串联组成,考虑了模型不确定性和外部干扰等未知项,并由模糊系统对未知项进行在线逼近. 首先引入二阶低通滤波器,避免了对虚拟控制律的解析求导,从而简化了反步控制器的设计,而且滤波器的低通特性可大大减小测量噪声的影响;然后利用滤波反步法的结果设计了终端滑模面,并最终得到了使系统跟踪误差有限时间收敛的终端滑模控制器. 根据Lyapunov理论证明了闭环系统所有误差变量均是一致最终有界的. 仿真结果验证了所提方法的有效性.      

操纵面对潜艇水平面回转横倾角的控制

在一种新型潜艇艏舵——贝壳舵研究的基础上，用变结构控制方法探讨了如何用操纵面控制潜艇水平面回转时产生的横倾角，重点研究了方向舵、艏舵对横倾角的控制和艉舵对定深的保持．通过仿真比较了多种控制方案的控制效果，得到了较好的控制策略和有一定参考价值的艏舵和艉舵操舵规律     

导弹滚转自动驾驶仪设计与仿真

基于 STT(侧滑转弯)控制方式的导弹在飞行过程中,滚转通道自动驾驶仪主要起到稳定弹体(使导弹滚转角为0°左右)、防止俯仰通道与偏航通道耦合的作用,滚转通道稳定能力的好坏直接决定了导弹制导控制的效果.本文中,设计了基于变结构控制理论的导弹滚转自动驾驶仪,针对变结构控制经常存在的抖振现象进行分析并去抖,取得了良好效果.最后与常规 PID控制方式的滚转稳定驾驶仪进行了对比分析