舰船航速模糊控制系统仿真研究

随着船舶综合自动化技术的发展,船舶操纵运动的重要参数—船舶航速控制显得越加重要。本文主要研究模糊控制理论在航速控制中的应用。介绍了一种参数自调整的模糊控制器的设计,并以某一船舶为例,在ＰＣ机上实现了系统的计算机仿真。仿真结果表明,该模糊控制器具有良好的控制性能,对进一步应用研究具有较大参考价值。     

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°。     

带非线性观测器的欠驱动船舶自适应动态面输出反馈轨迹跟踪控制

针对船速与艏摇角速度均不可测的三自由度欠驱动船舶轨迹跟踪问题,考虑在海洋环境扰动未知,提出一种带非线性观测器的动态面自适应输出反馈控制方法。该方法通过对系统模型进行坐标变换,设计非线性观测器估计船舶的速度向量;采用动态面技术可处理反演法对虚拟控制量求导导致的“微分膨胀”问题,减少计算量;同时采用自适应律估计海洋环境干扰的界值,从而防止参数漂移。利用Lyapunov函数证明该控制律可保证船舶轨迹跟踪误差的一致最终有界性,仿真结果证明了所提出控制方法的有效性。     

船舶零航速减摇鳍系统建模与仿真

根据零航速下减摇鳍的运动方式,对减摇鳍在非定常流中的受力情况进行分析,建立了零航速减摇鳍的升力模型.利用CFD软件Fluent对零航速下减摇鳍升力进行数值仿真,依据仿真数据通过回归分析方法整定升力模型待定参数.针对升力模型的非线性特性和系统模型的不确定性,设计了基于PSD算法的单神经元控制器.仿真结果表明按该种思想设计的零航速减摇鳍系统取得了满意的减摇效果,且控制器对系统非线性和不确定性具有较好的自适应能力.     

火电单元机组智能控制系统

提出了一个实现大范围负荷跟踪的火电单元机组智能控制系统．该系统包括设定值调节器、神经网络模糊前馈控制器、模糊反馈控制器和单元机组．设定值调节器根据机组负荷指令提供设定值．前馈控制器采用神经网络模糊控制逼近单元机组的逆稳态特性而得到前馈控制信号，以实现单元机组的大范围运行．反馈控制器则采用模糊控制补偿负荷扰动所引起的单元机组的实际值与设定值的偏差．前馈控制信号与反馈控制信号相加后发出指令到单元机组完成负荷跟踪任务．仿真结果表明，该系统有较好的动态特性，能适应于机组大范围的负荷跟踪．     

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。     

船舶电力系统的动态过程仿真研究

提出了一种面向船舶电力系统动态过程的仿真计算方法.以连网柴油发电机组旋转坐标系为参考,建立了一种船舶电力系统教学模型,微分代数方程组求解采用牛顿法与隐式梯形积分法相结合.柴油机调速器依据速度下倾特性控制电网频率和有功功率分配,自动电压调节器引入均压线概念.选用中铁渤海一号船舶电力系统为仿真对象,实现柴油发电机组并联运行的动态过程仿真,仿真结果验证了数学模型和仿真计算方法的有效性.     

带有资格迹的模糊CMAC控制仿真研究

提出一种带有资格迹的模糊CMAC控制器(FCE),资格迹的引入可以对控制系统进行超前预测,提高系统的稳定性。研究了FCE系统的构成,并推导其学习算法。为适用于在线控制,给出了高效的FCE算法实现方案。应用于船舶航向控制的仿真结果表明,当存在风浪干扰海况下,船舶航向的控制仍能取得令人满意的效果。     

基于自适应遗传算法的多目标PID优化设计

提出一种基于自适应遗传算法的多目标PID优化设计方法。采用染色体实数编码和具有自适应交叉概率和变异概率的遗传算法对PID参数寻优,有效地提高了遗传算法的全局搜索能力和收敛速度。通过在适应度函数中引入表示超调量、上升时间和稳态误差的指标项,并对指标项适当加权,可使优化后的PID调节器的综合性能达到满意程度。仿真结果表明,该PID调节器的性能优于常规方法获得的PID调节器。     

直线不稳定船舶航迹控制的稳定性研究

针对直线不稳定船舶的全局直线航迹控制,提出了一类航迹非线性状态反馈控制算法。采用Lya-punov直接法分析系统的稳定性,得到了保证闭环控制系统全局渐近稳定的充分条件,从而解决了直线不稳定船舶航迹闭环控制系统全局稳定性的判定问题。数值仿真和模拟试验结果验证了该充分条件的正确性。     

永磁同步电动机自适应反步控制的建模与仿真

设计了一种基于自适应反步控制的永磁同步电动机非残性速度控制器，采用二阶滤波环节平滑速度指令．在设计非线性速度控制器的同时，进行不确定参数及负载力矩的在线自适应估计。建立了采用该控制器的永磁同步电动机速度伺服系统仿真模型．仿真结果表明，所设计的非线性控制器保证了系统的全局一致稳定性，永磁同步电动机伺服系统获得了很好的跟踪效果，并且对参数不确定性及负载力矩扰动具有很好的鲁棒性。     

电力推进船舶电力负荷的多变量混沌局部预测

为提高电力推进船舶电力负荷预测精度,提出电力推进船舶电力负荷的多变量混沌局部预测.将相空间重构由单变量时间序列拓展到多变量时间序列,并依据电力推进船舶电力负荷及其相关因素构成的多变量时间序列进行相空间重构.针对每一分量时间序列采用互信息法进行最佳时间延迟的选择,最优嵌入维数则采用虚假邻点法进行确定.根据多变量混沌时序局部预测,提出基于正则化的电力推进船舶电力负荷多变量混沌局部预测.通过对实际船舶电力负荷的计算实例表明,基于多变量时间序列的预测方法比单变量预测具有较好的预测效果.     

风浪影响下的客轮人员疏散模型及仿真

论文针对风浪影响下客船人员的疏散问题,对人的调整性动作、停顿现象以及线速度对行人速度的影响做了深入研究.基于海上救助模拟系统,设计了船舶在不同横摇角度下的单人行走实验,采集分析了乘客的运动行为信息,获得了横摇影响因素下角度和人员疏散速度的关系,建立在此环境下符合海上逃生人员的速度模型,以渤海翠珠轮第7层乘客甲板为仿真实验环境,在甲板满载的情况下,对客轮人员疏散进行仿真模拟,获得客轮人员在不同风浪等级影响下的疏散参考时间及不同时刻的疏散效果,有助于对海上疏散过程进行评估、借鉴.     

舰载导弹内弹道运动建模及仿真

本文介绍了建立以舰载导弹作为研究对象,把舰艇在海上的摇荡运动描述为随时间不规则变化的振荡运动,同时考虑船速、风速、推力偏心等其他一些因素的影响,利用ＭＦＣ和ＯｐｅｎＧＬ 三维图形库,在微机上实现交互式实时控制,同时显示直观的实时多媒体动画的仿真系统     

基于负载观测器的永磁同步电机能量成型控制

针对永磁同步电机(PMSM)负载转矩已知和未知情况,采用能量成型控制方法和负载观测器技术,研究了PMSM的建模与速度控制问题。建立了PMSM的端口受控哈密顿系统模型,给出了闭环系统期望的哈密顿函数,配置了期望的互联和阻尼矩阵,设计了系统的控制器和负载转矩观测器,分析了系统平衡点的稳定性。仿真结果表明,所提出的方案对负载转矩已知和未知情况具有很好的转速控制性能和负载扰动抑制能力。     

基于无源性永磁同步电机模糊滑模控制系统研究

结合无源性控制和滑模控制两种非线性控制方法,并引入交流伺服系统,提出永磁同步电机(PMSM)的无源性滑模控制方法。文中分析了PMSM的无源性,并由此推导出矢量控制算法,采用滑模控制方法,设计了滑模速度控制器,从PMSM能量无源性的角度对控制器稳定性进行了证明,控制器参数由Lyapunov函数稳定性理论给出。针对滑模切换函数的高频"抖动"现象,采用模糊控制方法,设计了模糊切换函数,削弱了滑模切换函数的"抖动"。Simulink仿真和dSPACE实验结果表明:控制系统能够稳定运行,具有良好的动、静态性能和抗扰动能力。     

实现船舶稳性的多油舱自适应调度算法及仿真

针对油舱对船舶浮态与稳性的影响，研究了保持船舶稳性的多油舱自适应调度控制算法，并用WinCC (Windows Control Center)组态软件编写了船舶自动浮态调整仿真系统。在系统架构上，采用布尔逻辑表构建了油舱、泵、管路之间的连通关系，并根据浮态方程计算出舱群之间的调驳油量，再根据多变量多约束的自适应优化调度算法实现了油舱驳油过程中浮态的平衡。仿真结果表明调度算法可以对船舶的浮态进行有效调整，并保持船舶稳性，避免了由油舱油量分布不均给船舶带来的不利影响，保障了航行安全。     

运架梁起重船吊重摆动分析

以运架梁起重船为对象,对其作业过程中吊重的非线性动力学响应进行研究。基于吊摆系统的几何约束,构建了多点吊摆系统的双摆模型,运用带乘子的拉格朗日方程建立了吊摆系统的非线性动力学模型,对规则波条件下3000吨大型起重船吊重的动力学响应进行了仿真分析。比较了线性及非线性方程下吊重的运动规律以及船舶纵摇角对双摆系统摆角的影响,讨论了变绳长的方法对吊物系统的摆幅进行控制的理论模型。同时,对提出的理论模型仿真结果与Adams刚体动力学模型结果进行了比较分析。     

具有不确定性的轧机传动系统预测控制设计

针对轧机传动系统存在参数不确定性和负载扰动的特点,建立了轧机传动系统的状态空间模型,提出采用预测控制方法提高轧机传动系统的鲁棒性,构建了基于预测控制的轧机传动系统控制策略。利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,给出了基于状态反馈的轧机传动系统预测控制器设计方法,并通过引入状态变量的衰减律来提高闭环系统的响应速度。仿真结果表明,该预测控制器不仅有效地抑制了负载扰动的影响,同时对轧机传动系统内部参数摄动也具有较强的鲁棒性。     

基于最优控制的船舶航迹全局NPD控制算法

针对如何设计船舶航迹控制参数达到期望控制性能的问题,围绕给出的船舶航迹控制目标,首先求解了船舶航迹零平衡点局部最优控制的解析解,然后根据船舶航迹控制全局渐近稳定的条件和航迹非线性比例微分（nonlinear proportion derivative, NPD）控制的物理意义,设计了船舶直线航迹全局NPD控制算法的解析式,该解析式描述了船舶航迹控制性能与船舶运动参数之间的解析关系,并且保证了船舶航迹闭环控制系统全局渐近稳定。数字仿真验证了航迹NPD控制算法的有效性;进一步的实船试验结果表明,根据航迹NPD控制解析式设计的航迹控制器达到了期望的控制精度和性能。