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。     

基于免疫算法和参考模型的船舶航向自动舵设计

为解决常规比例-积分-微分(PID)控制超调问题,将参考模型应用于船舶航向自动舵,提出一种模型参考跟踪的船舶航向PID控制算法,使船舶航向跟踪参考模型输出.针对自动舵参数整定问题,提出一种动态免疫克隆选择优化算法,在进化过程中动态改变种群规模、克隆规模和变异参数,从而加快全局搜索速度和提高局部搜索精度,保证控制器性能可靠;也可根据不同的性能指标要求,整定相应的控制参数.实船仿真试验表明,系统超调得到有效抑制,控制参数能根据需要自动调节,控制效果令人满意.     

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.     

舵的自适应时间最优控制设计

自动舵是船舶的必需设备,目前广泛使用的自适应舵大都以减小由操舵和偏航所产生的附加阻力为性能指标.作者提出一种以"时间最短"为性能指标的自适应舵设计方案,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.     

智能积分型的船舶航向自动舵

针对常规PID自动舵中积分盲目、记忆了对航向控制不利的信息，导致超调增大、稳定时间延长的问题，提出了一种智能积分型PID自动舵；针对PID自动舵鲁棒性差的问题，采用了模糊控制，提出一种智能积分型模糊PID自动舵．这两种自动舵均应用智能积分控制，在船舶航向控制中的不同阶段采用不同的积分控制策略，通过特征辨识，仅保留有用信息，从而快速地消除了稳态误差．仿真试验证明这两种自动舵性能与原算法相比，性能改善，超调明显减小，稳定时间明显缩短．     

关于PID自动舵神经网络控制的研究

提出一种基于神经网络的PID自动舵控制方法。该方法能实时精确地辨识船舶数学模型参数,自动调节PID参数,提高船舶航向保持性能。     

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。     

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.     

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.