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.     

遗传算法在舵减摇控制参数优化中的应用

对船舶舵减摇控制系统进行了分析，在此基础上运用遗传算法优化了控制器的参数，使舵在较低的舵速下减横摇与航向保持两方面得到了很好的适配。仿真结果表明，经遗传算法优化的控制系统效果良好。     

基于极点配置的智能体PID运动控制器参数优化

针对智能体的运动控制问题,以水面船舶减摇问题为例,采用易于工程实现的经典PID控制器,提出了一种以时间乘横摇和艏摇的绝对误差累积和为性能指标的单纯形优化算法来解决控制器参数优化正定问题,该方法在理论推导出控制器参数的结果后再以实际系统输出做为优化的依据进行参数整定,最终实现对横摇和艏摇的最优控制,很大程度上提高了控制器的实用性;同时由于横摇和和艏摇的频带特性之间的差异,通过引入高通滤波器更好地解决了舵减横摇对航向影响的问题,仿真结果表明单纯形算法优化的控制器参数提高了控制效果,加入高通滤波器降低了舵减摇对航向的影响。     

基于自组织广义椭球基函数模糊系统的船舶航向保持控制

为能够以较小计算量实现船舶航向的精确控制,针对船舶航向保持控制设计一种基于自组织广义椭球基函数模糊系统(SO-GEBF-FS)的航向保持控制器.分析非线性船舶航向运动模型,介绍SO-GEBF-FS的结构及组成,并设计一种有效的规则生长修剪算法.采用DSC设计方法设计控制器,利用SO-GEBF-FS逼近其中不确定性,通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统稳定性.将所设计控制器应用于船舶航向运动数学模型,结果验证了该控制器的有效性和优越性.     

用DSP实现不规则波作用下台架电液力矩伺服系统控制器设计

船舶减摇水舱试验台架是研究减摇水舱特性的重要试验设备，而能否准确地模拟船舶在海浪中的横摇运动是设计试验台架的关键，介绍了用DSP实现不规则波作用下电液力矩伺服系统控制器并应用于减摇水舱试验台架，试验结果表明，加入DSP控制器后系统性能得到很大改善．     

带有执行器的船舶航向控制反馈线性化设计

针对带有执行机构的船舶航向保持控制系统，采用输入．状态反馈线性化方法设计控制器．由于船舶航向保持控制系统数学模型满足“三角形系统”的形式，可以直接得到反馈线性化的充分必要条件，可以避免反馈线性化理论中复杂对合条件的验证．基于该控制器，可以使得偏航船舶以指数渐进镇定于设定航向．并以大连海事大学远洋实习船“育龙”号为例，利用Matlab的Simulink工具箱进行了仿真研究，对所提出的控制器进行了验证．     

船舶航向/横摇鲁棒容错控制研究

为提高船舶航向/横摇控制系统的可靠性,改善系统故障情况下的容错控制效果,采用基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒容错控制方法,对船舶航向/横摇系统进行容错控制研究.建立船舶航向/横摇耦合运动模型,分析故障导致的模型等效不确定性,通过定义广义干扰,将模型变换为适合于H2/H∞鲁棒容错控制设计的标准模型.设计系统的性能评价指标,求解鲁棒容错控制器,并进行仿真验证.结果表明,船舶航向/横摇鲁棒容错控制系统具有良好的容错性能.     

两类故障的鲁棒容错控制

为提高系统可靠性,改善系统故障情况下的容错控制效果,推导出系统传感器和执行器两类故障的统一数学模型,同时考虑控制对象的不确定性,基于Lyapunov渐近稳定性理论和Riccati方程研究鲁棒容错控制器设计方法,设计基于状态观测器的船舶航向/横摇鲁棒容错控制器,并对其进行仿真检验.结果证实了该方法的有效性.     

船舶减摇鳍智能控制器(英文)

提出基于自适应网络模糊推理系统 (ANFIS)的神经 模糊控制器作为船舶减摇鳍系统的控制装置。仿真结果表明 ,ANFIS控制器在恶劣海况下也能够改善船舶的横摇减摇性能。该智能控制器有希望作为常规PID控制器的改进选择     

规则波中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合运动模拟与特性分析

采用MMG分离模型的思路,在船舶六自由度操纵性运动方程中叠加波浪垂荡力和纵摇力矩,构成波浪中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合动力学模型,用来模拟规则波中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合运动特性。其中的波浪力由切片法计算,船舶航向保持采用PD控制模式。采用耦合动力学模型计算了某船在规则波中保持航向时的垂荡、纵摇运动,并与试验结果进行了比较。两者的幅频曲线形式上基本一致,间接证明了耦合动力学模型的有效性。进而采用该模型计算了该船在不同浪向角和航速下保持航向稳定的垂荡、纵摇运动,以垂荡、纵摇等值极坐标曲线形式表征了船舶规则波浪中操纵与垂荡、纵摇的耦合运动特性。     

航向保持系统简捷非线性鲁棒控制

为克服船舶航向保持控制系统中传统Backstepping设计方法易产生静差及设计过程过于复杂等不足,提出一种把带积分项的Backstepping方法与闭环增益成形算法相结合的简捷非线性鲁棒控制器设计方案.理论分析和系统仿真结果均表明,通过该方案设计出的控制器可使船舶航向零误差渐近稳定,同时设计过程简捷,控制器结构简单且具有较强的鲁棒性.     

反步鲁棒镇定及其在舵减横摇中的应用

运用反步法的思想,结合自适应方法和鲁棒控制方法,为一类具有未知或不确定参数以及能量有限扰动的非线性系统设计了易于实现的标量控制;讨论了渔政船1500HP在小风浪作用下产生的弱混沌横摇运动,并将标量舵力矩控制律运用于舵减横摇鲁棒控制.仿真验证结果表明：加入舵减摇控制后,船舶抑制海浪扰动的能力较强,控制收敛的速度较快,并且不存在超调,船舶抑制横摇的过程比较平稳,有利于减摇过程中船上人员和设备的安全.此外,控制器的设计过程基于非线性时域模型,可以应用在其他类型船舶的舵减摇设计中.     

船舶航向保持RBF神经网络自适应非线性控制

针对船舶模型不确定和控制增益未知的非线性船舶航向控制问题,基于RBF神经网络自适应控制,提出一种新的非线性航向保持控制器.首先,在理论上证明存在连续的控制律;然后,通过RBF神经网络对其逼近;最后,借助Lyapunov稳定性理论分析证明船舶航向保持闭环系统的所有误差信号一致最终有界.仿真研究验证了该控制器的有效性.     

基于障碍Lyapunov的自动作业船有限时间航向保持控制

为实现作业船在航向保持时的均匀投饵,船舶的航向偏差和艏摇角速度须满足指定的约束条件.针对作业船航向保持的多约束问题,提出一种基于障碍Lyapunov函数(barrier Lyapunov function,BLF)的有限时间控制方法.首先,建立自动作业船航向保持的状态空间模型,将其简化为严格反馈形式;其次,基于动态面理论设计障碍Lyapunov控制律,采用Lyapunov方法证明航向保持的收敛性,通过有限时间的分数幂项提高作业船抑制干扰的能力.仿真结果表明,基于障碍Lyapunov函数的控制策略具有稳定性优势,能保证作业船航向偏差和艏摇角速率满足约束上界,有效抑制风向及水流等干扰因素的影响,从而实现作业船在航向保持时的均匀投饵.     

船舶航向无静差跟踪控制系统设计

为了提高航向控制系统适应能力和降低控制器参数设计复杂性,在内模控制的基础上设计了一种专门针对船舶航向控制的无静差跟踪控制系统,推导了控制器参数与闭环系统零极点位置的关系,针对静水域环境下一组航速分别进行了仿真研究,测试了航向控制系统的鲁棒性和机动性能.仿真结果表明本文所设计的控制器达到无静差航向控制,并具有较好的鲁棒性.     

非方阵被控对象闭环增益成形算法及其应用

在被控对象为非方阵的系统中,由于求解控制器时涉及到矩阵求伪逆问题,很大程度上增加了闭环增益成形算法的难度。考虑到此系统的闭环传递函数阵一定是奇异的,将闭环传递函数阵即补灵敏度函数设为奇异阵,设计出鲁棒控制器。将闭环增益成形算法应用于舵阻摇系统。通过观察、分析并比较各仿真曲线,可以看到,航向跟踪效果和减摇效果均较理想。说明设计的控制器具有良好的鲁棒性能和鲁棒稳定性。     

神经网络控制器的海上验证

针对船舶航向保持问题，借助于仿真系统设计了一种神经网络控制器，并通过海上实船试验表明该控制器在实际应用上是可行的，应用简单，鲁棒性强，在不同海况下，航向保持性能良好。     

基于遗传学习算法的船舶航线保持自适应控制器的设计

基于遗传学习算法的船舶航线保持自适应控制算法 ,选择了具有偏航距离加权约束的广义最小方差性能指标进行自适应控制器的设计 ,所设计的控制器不仅适合于航向保持自动操舵 ,而且适合于航线保持自动控制 .     

基于逆推-非线性阻尼算法的船舶航向控制器设计

针对带有不确定项的Norrbin非线性船舶模型,将逆推算法和非线性阻尼算法相结合,设计非线性船舶航向鲁棒控制器.所设计的控制器可克服模型的不确定性,保证最终的闭环系统所有状态一致有界.最后利用Matlab的Simulink仿真工具进行仿真研究.结果表明:算法完全有效,航向控制系统稳定时舵角的波动控制在-0.2°~0.2°,控制效果良好.     

基于数据驱动的模糊切换型PID控制及其在船舶中的应用

应用模糊切换型PID控制方法处理船舶运动线性模型.根据控制目标把船舶转向过程分化为两个模糊工作域,当偏差较大时,采用TS-PID模糊控制器提高船舶响应速度;偏差接近设定切换点时,由TS-PID与传统PI控制器组成的混合控制器进行控制;偏差足够小时,传统PI控制方式可使船舶尽快稳定在设定航向上.对某商船的仿真对比实验证明所设计的控制方式优于单一PID控制方式.