基于反馈线性化的船舶舵鳍联合减摇MPC控制

针对船舶运动系统具有非线性、强耦合、多变量等特性,并考虑海洋环境对船舶运动影响,建立了一个能够比较全面反映船舶运动本质特性的四自由度(纵荡、横荡、横摇、艏摇)运动非线性数学模型,基于模型预测控制是一种在控制领域得到实际应用的多变量优化控制策略,设计了基于反馈线性化的船舶舵鳍联合减摇模型预测控制(MPC)系统。在不同海情下,完成了横摇与航向联合控制仿真实验,结果表明：该控制方法鲁棒性强,既能实现精确的航向控制又能得到良好的减摇效果。     

可控被动式减摇水舱的建模与仿真

通过对气体的受力分析，推导了气阀的控制方程。在查德惠克U型被动式减摇水舱理论的基础上，建立了“船舶一可控被动式减摇水舱”系统的数学模型。研究了气阀最佳控制策略的理论依据，并运用常规控制策略和最佳控制策略对规则波和不规则波作用下的“船舶一可控被动式减摇水舱”系统进行了仿真研究。仿真结果表明，采用最佳控制策略对气阀进行控制，能够取得理想的减摇效果。可控被动式减摇水舱只要控制气阀的时机得当，在非谐摇区尤其是低频段区域能有效地减小船舶的横摇运动，比被动式减摇水舱有更宽的减摇范围。     

基于斜舵船舶减横摇LQG控制研究

研究基于斜舵船舶减横摇问题,建立了船舶基于斜舵横向运动状态空间数学模型,用递推最小二乘法对海浪扰动进行建模.将扰动模型与原来的系统模型合并为新的系统模型,并引入白噪声作为系统干扰.对扩展后的新系统,运用线性二次高斯(LQG)控制方法计算出扩展Kalman滤波增益阵和扩展随机最优控制增益阵.另外通过仿真给出了斜舵的倾斜角度对减横摇效果的影响.仿真结果表明,基于斜舵利用经典的LQG控制方法实现船舶减横摇控制是可行的.     

"船舶-双水舱"减摇系统设计及仿真

减摇水舱是一种广泛使用的船舶横摇减摇装置,由于船舶的空间非常宝贵,水舱体积不能太大.为了在船舶不同装载情况下达到满意的减摇效果,考虑安装两个固有频率不同的U型减摇水舱.针对这种情况,采用频率法结合实际船舶的布局条件,设计了双水舱减摇系统.对双水舱减摇系统和船舶原设计的单水舱的减摇效果进行了仿真对比,结果表明:在减摇性能上双水舱减摇系统优于单水舱,并且可以兼顾船舶的纵倾.     

顺馈-反馈技术在船舶姿态控制中的应用

重点研究了两对鳍的船舶减摇模型的控制优化问题.现有的两对鳍船舶减摇模型中,前鳍对后鳍的严重的水动力干扰问题一直没有得到有效的解决.根据无干扰后鳍静态水动力特性曲线,对后鳍随动系统进行了改进,提出基于顺馈-反馈控制的两对鳍船舶减摇控制的优化模型,并通过simulink对两对鳍的船舶减摇控制优化模型进行了计算机仿真.仿真结果表明,该方法有效补偿了后鳍有效鳍角的损失,提高了后鳍的升力,使后鳍升力在有无前鳍干扰时保持了一致,有效的解决了前鳍对后鳍的严重水动力干扰问题.     

基于L2增益控制律的船舶横摇抑制研究

根据单框架控制力矩陀螺动力特性,设计船舶横摇抑制装置,建立一船舶随机波浪干扰下横摇运动与控制力矩陀螺耦合非线性动力学方程,采用输入输出线性化技术及反步控制方法,设计抑制船舶横摇的非线性L2增益控制器,在控制律中引入陀螺进动恢复力矩项,将进动角约束在一定范围内,从而避免控制装置力矩输出奇异性的发生。通过对实船横摇运动数值仿真,研究表明所提出的船舶非线性横摇抑制装置具有优良的减摇性能,修正后的L2增益控制器对船舶随机波浪激励具有良好的抗干扰能力和抑制陀螺输出奇异能力。     

船舶减摇鳍逆模式小波神经网络自适应控制

根据船舶横摇运动的特点，本文提出以伪随机二元序列信号(PRBS)作为波倾角仿真输入信号，将逆模式小波神经网络自适应控制方法应用于船舶减摇鳍控制系统，取得了良好的减摇效果。仿真实验表明此方法能够克服传统PID控制适应性差的缺点，具有较好的容错性和较强的适应非线性的能力。     

利用航向舵减横摇控制研究

介绍利用航向舵减横摇的基本原理，建立船舶横向运动的系统模型及测量模型，基于有理谱理论，利用最小二乘法建立船舶受扰力及力矩的成形滤波器及状态方程，利用卡尔曼滤波对扩展系统状态进行最优估计，以二次型性能为指标构造随机最优控制律。在典型航行工况下进行了系统仿真，仿真结果表明，该方法可取得明显的减摇效果，其中减横摇效果可达70％以上，减艏摇效果可达50％以上。因此该方法具有一定的实用价值。     

基于误差反传小波神经网络的船舶横摇时间序列预报

结合小波分析和神经网络的特点，建立了应用于船舶横摇运动时间序列预报的误差反传小波神经网络结构并给出了算法。作者利用多输入、单输出小波神经网络预报模型进行了仿真，取得了良好的仿真效果。此方法不仅可应用于横摇运动时间序列预报，亦可用于纵摇、艏摇的时间序列预报。     

基于H∞设计法的非线性舵鳍联合控制系统仿真研究

建立了首摇、横荡、横摇三个自由度的船舶运动方程。给出了随机海浪波高、横荡力、横摇力矩、艏摇力矩的仿真算法。介绍了干扰抑制的H^∞线性系统设计方法。把非线性船舶舵鳍联合控制系统设计问题化为以二次型性能指标为目标函数的干扰抑制的H^∞线性系统设计问题；基于H^∞系统设计方法，进行舵鳍联合控制系统的设计。并用MATLAB语言完成了控制器的设计与仿真，仿真结果表明基于H^∞设计法的舵鳍联合控制器在保证航向控制的同时，达到较高的减摇效果。     

船舶运动控制虚拟现实交互式仿真系统

提出并生成一种应用虚拟现实技术,可使仿真过程可视化的船舶运动控制交互式仿真系统。它使研究者可以在实验室环境下更好地研究船舶航向,航迹,减摇等船舶运动控制系统,直接获得系统的动态和静态特性,实现实时跟踪和监控船舶运动控制多种算法的可视化仿真过程。     

船舶横向运动LQG控制鲁棒性统计分析

首先介绍船舶横向运动多变量LQG控制与开环系统均值、均方差计算方法,提出应用两种系统均方差相对值这一统计指标评价系统减摇控制的鲁棒性。详细讨论了当船舶水动力系数在标称值附近独立地按均匀分布发生随机变化时,相对均方差的概率分布模型。并针对某船,在5级海情,18节航速、45度航向工况下,当船舶水动力系数独立地按均匀分布发生±10%、±20%、±30%随机变化时,进行了仿真计算。仿真结果表明,当水动力系数出现摄动时,LQG横向控制相对均方差指标服从正态分布,且与无参数摄动时相比,均值无明显变化。利用文中的方法和结果,可以计算船舶横向LQG控制在一定概率意义下的减摇效果。     

隐式广义预测自校正控制算法的混合仿真研究

本文利用广义预测控制与动态矩阵控制的等价性，根据动态矩阵控制中误差校正原理对广义预测控制算法中的开环预测向量ｆ作了修正。并通过模拟仿真仪对该算法进行了混合仿真研究。     

隐式广义预测自校正控制算法的混合仿真研究

利用广义预测控制与动态矩阵控制的等价性，根据动态矩阵控制中误差校正原理，对广义预测控制算法中的开环预测向量ｆ作了修正，并通过模拟仿真仪对该算法进行了混合仿真研究。     

基于神经网络的船舶运动建模及随机最优控制

以某水面舰艇为研究对象,利用径向基函数神经网络算法和标况下的水池实验数据,建立了基于航速、航向角和海情自适应变化的船舶横向运动非线性参数模型。然后对海浪随机干扰建模,利用成形滤波器将随机扰动白化处理,最后根据分离原理提出一种用于船舶减横摇运动的随机最优控制算法。仿真表明,径向基函数神经网络所建船舶横向运动模型误差低于2%,扰动建模及相应成形滤波器构造符合实际工况且方法简单可行,随机最优控制可使横摇角均方误差达1.42°,减摇效果达46%-74%;艏摇角均方误差达1.68°。     

船舶运动半物理仿真系统

从加快船舶运动控制器样机的研制周期、降低成本、提高效率出发，提出了一种新颖的船舶运动半物理仿真系统。介绍了系统的组成、结构和各模块的功能及特点。叙述了系统的实现方法和相关性能指标，利用所研制的船舶运动半物理仿真系统，可方便地在实验室内对船舶航向、船迹、减摇和避碰等船舶控制系统进行半物理仿真研究，为船舶运动控制器系统样机的研制提供了方便。试验表明所研制的船舶运动半物理仿真系统满足了规定的性能指标，达到了预期的目的。     

基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍升力模型的研究

随着减摇技术的发展,出现了一种可以使用减摇鳍在零航速下进行减摇的新方法,这种方法使减摇鳍既可以在零航速下进行减摇也可以在中高航速下满足减摇的需要。文章结合国外的相关文献,对零航速下减摇鳍的工作方式和产生的升力进行了相关的研究。并根据Weis-Fogh机构流体动力学知识对升力进行了分析,建立了零航速下减摇鳍的升力模型,根据模型进行了升力仿真研究。     

基于小波变换和ANFIS模型的不规则海浪组合预报

利用小波变换对不规则海浪进行多尺度一维小波分解与重构,得到相对简单、规则的准周期分量信号,然后建立了各信号的多输入、单输出自适应神经模糊推理系统(ANFIS)预报模型,最后对预报结果进行集成。基于Matlab语言的仿真结果表明,该方法不仅降低了预报的难度,而且具有较高的预报精确度。此方法亦可用于船舶横摇、纵摇、艏摇运动的预报。     

船舶航向-主机综合智能控制的虚拟仿真

提出并实现一种基于虚拟现实技术的船舶航向与主动力装置综合智能控制的可视化交互式仿真系统。论文建立了状态空间型船舶平面运动数学模型,给出该仿真系统的结构,讨论了系统的主要功能。本仿真系统支持红外跟踪立体眼镜,立体头盔等虚拟现实视觉设备并具有立体机舱声音效果。论文给出部分具有沉浸感的三维船舶运动和主机控制的虚拟现实仿真场景。     

船舶力控减摇鳍伺服系统研究

针对船舶力控减摇鳍伺服系统,运用H∞控制理论考虑混合灵敏度S／KS问题设计了控制器,由于混合灵敏度S／KS问题模型、权函数的选择、系统奇异性对等实际问题是H∞控制理论应用于实践的关键问题,因此本文结合船舶力控减摇鲁伺服系统着重对这些问题进行了研究,这种思想对于将方法设计的控制器的效果进行了比较,证明了H∞控制应用于系统的优越性。