Improved filtered-ε adaptive inverse control and its application on nonlinear ship maneuvering

The drawbacks of common nonlinear Filtered-adaptive inverse control (AIC) method, such as the unreliability due to the change of delay time and the faultiness existing in its disturbance control loop, are discussed. Based on it, the diagram of AIC is amended to accommodate with the characteristic of nonlinear object with time delay. The corresponding Filtered-adaptive algorithm based on RTRL is presented to identify the parameters and design the controller. The simulation results on a nonlinear ship model of "The R.O.V Zeefakkel" show that compared with the previous scheme and adaptive PID control, the improved method not only keeps the same dynamic response performance, but also owns higher robustness and disturbance rejection ability, and it is suitable for the control of nonlinear objects which have higher requirement to the maneuverability under complex disturbance environment.     

Improved filtered-ε adaptive inverse control and its application on nonlinear ship maneuvering

1. INTRODUCTION Adaptive inverse control (AIC) is a novel approach which can make a plant track the input command signal with a controller whose transfer function approximates the inverse of plant transfer function. Compared with traditional methods, AIC can achieve specified dynamic responses more easily and has better ability of disturbance rejection. The researches have shown that though the nonlinear plant has no strict inverse model, the perfect control effectiveness can still be o…     

基于一种新型动态神经网络的非线性自适应逆控制

根据生物神经元的机能,提出了一种具有动态激励函数的新型神经元模型,由此构成的神经网络(DAFNN)应用在非线性自适应逆控制中时只需要确定隐层神经元个数,从而克服了用NARX回归神经网络时需确定输入和输出延时阶数及隐层神经元个数等多个参数的不足。通过对单输入单输出(SISO)及多输入多输出(MIMO)非线性系统的自适应逆控制仿真研究,证实了DAFNN是一种很好的非线性系统建模和控制工具。     

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。     

内河弯曲河道船舶过弯自适应航迹控制仿真

针对弯曲河段水流特征复杂,船舶过弯操纵困难等特点,结合船舶AIS(Automatic identification System)轨迹及习惯航路特征,采用智能航迹航向控制算法实现船舶安全过弯的自动控制。选取研究水域,根据分道航行规则合理规划船舶过弯航迹,构建船舶运动仿真软件,融合自适应模糊控制算法与传统PID控制设计了自适应模糊PID航迹航向控制器,对非汛期、汛期船舶上下行过弯航迹控制仿真。结果表明：不同环境下自适应模糊PID控制器均能很好跟踪控制船舶航迹,更贴合实际航迹,能够保障船舶过弯安全性与可靠性。     

基于T-S模糊模型的非线性自适应逆控制系统

现在非线性自适应逆控制系统中，由于对象模型和逆控制器均采用非线性自适应滤波器，自适应过程需要同时训练至少两个串联的非线性自适应滤波器，从而造成自适应学习过程过于复杂。利用一组自适应LMS滤波器建立非线性对象的T-S模糊模型，它为逆控制器的学习提供了准确的解析的对象模型Jacobian信息，从而有效简化了自适应逆控制学习过程。仿真结果表明，无论是离线建模还是在线建模，该非线性自适应逆控制方法均能取得理想的控制效果。     

一种时变非线性系统的自适应逆控制仿真

对一种非线性时变系统提出了基于神经网络的自适应逆控制方案。该方案中用两个动态神经网络分别作为模型辨识器和自适应逆控制器,详细推导了在线训练自适应逆控制器的BPTM(backpropagationthroughmodel)和RTRL(realtimerecursivelearning)算法。根据大幅面喷墨打印机的结构特点,建立了打印头车架系统的时变非线性动力学模型作为仿真对象,在Matlab/Simulink平台下进行了算法仿真验证。结果表明了该方案收敛快,能有效控制该时变非线性对象。     

一种非线性自适应逆噪声控制器设计及其仿真

基于模糊神经网络算法研究了非线性系统的噪声消除问题,设计了一类非线性自适应逆噪声消除控制器。该文利用模糊神经网络融合算法所具有的对任意函数的精确逼近性,对非线性系统进行建模和逆建模,从而为非线性自适应逆噪声控制器的有效性提供了保障。最后将所设计的控制器用于仿真实例,研究表明该噪声控制器能有效地消除非线性被控对象的噪声污染。说明了该方法的可行性和有效性。     

改进型PID参数神经网络自学习的船舶操纵控制器

船舶操纵的模型参数具有非线性、慢时变特性、船舶操纵的传统控制方法的操纵性能不能令人满意。本文讨论一种应用改进型BP神经网络实现PID参数自整定的控制方法,此法能根据船舶动态特性的变化,自动重新整定PID参数,从而改善了操纵性能和鲁棒性。     

Adaptive robust dissipative designs on straight path control for underactuated ships

1.INTRODUCTIONIn practice,long-distance navigation tasks of shipsare frequently carried out while traveling via way-points on a straight path at constant cruise speed.Whenthe linear course is tracked,only the yaw mo-ment is served as control input to drive the sway dis-placement,sway velocity and heading angle while thesurge velocityis maintained bythe mainthruster con-trol system,which is referred to as underactuatedconfiguration.So it becomes very difficult to deviseanideal tracking algo…     

基于模糊CMAC网络的非线性自适应逆控制

针对非线性自适应逆控制中非线性对象的建模和逆建模的精确性这一问题,提出一种基于模糊小脑模型关节控制器(Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller, FCMAC)网络的非线性自适应逆控制方案.将模糊逻辑思想嵌入到CMAC中构成FCMAC来对非线性对象进行较精确的逆建模,从而构建逆控制系统.在对象特性未知的情况下,选用BP网络来对象进行正建模,并由BP网络的辩识结果来对FCMAC的参数进行调整.仿真实验表明了该方案的有效性,且验证了其控制效果较单纯的CMAC网络逆控制更理想.     

船舶航向的神经网络并行鲁棒模型参考控制

针对大型船舶的航向控制特性,提出一种神经网络并行自学习鲁棒模型参考控制方法。这种复合控制结构利用神经网络的学习能力和非线性映射能力,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,以达到对不确定非线性船舶的高精度输出跟踪控制;通过引入运行监控器,克服神经网络控制方法实时性差的问题;利用一个鲁棒反馈控制器,来保证神经网络模型学习初期闭环系统的稳定性。仿真结果表明这一方法对设定航向具有精确的跟踪控制效果。     

基于自适应逆控制的离散MRAC设计

在模型参考自适应控制中,以往消除扰动的方法是将系统输出和干扰同时反馈来提高系统性能和消除干扰,两者只能折中实现。针对此问题,结合自适应逆控制理论和超稳定理论,提出了一种克服随机扰动的离散MRAC设计方法。本方法引入自适应逆模型来消除系统扰动,将对象性能和扰动控制分开单独进行处理,可分别提高各自的性能。仿真实验证实了方法的可行性。     

新型模糊神经网络控制器的设计及应用研究

讨论自组织竞争网络优化模糊神经网络的设计及应用研究。该设计方法运用自组织竞争神经网络（SCNN）来优化模糊神经网络结构,并采用遗传逄法来训练模糊神经网络的连接权参数,获得同时具有最佳结构和模糊神经网络（FNN）,船舶操纵的仿真结果表明此法明显优于传统的PID控制器。     

新型神经网络模型参考自适应控制系统设计

针对任意复杂非线性系统，即控制器具有不可分离结构的离散非线性系统，提出新型神经网络模型参考自适应控制。该方案的提出简化了基于神经网络的模型参考自适应控制系统的设计，只需一个神经网络辨识器。统一了任意神经网络模型参考自适应控制的设计方法，更接近于工程实际。仿真结果证明了该方案的合理性和有效性。     

船舶运动航向自适应非线性控制的仿真研究

针对参数未知的船舶航向非线性控制系统数学模型，考虑船舶操舵伺服机构特性的情况下，船舶航向控制问题成一个虚拟控制系数未知的非匹配不确定非线性控制问题。引入Nussbaurrl函数，并采用逆推(backstepping）技术，成功地解决了上述困难，设计了船舶航向自适应非线性控制器；借助Lyapunov函数证明了所设计控制器使最终的闭环非匹配不确定船舶运动非线性系统中的所有信号有界，系统的实际航向自适应地保持设定航向。以大连海事大学“育龙”轮为例进行仿真研究，结果证明所设计的控制器是有效的。     

基于模糊小波网络的防空导弹自动驾驶仪设计

针对防空导弹的飞行控制问题,提出一种基于模糊小波网络的导弹自动驾驶仪设计方法。该方法利用模糊小波网络良好的学习和参数自调整能力,因而使建立的系统辨识器及控制器能够很好地近似系统动态特性,逼近最佳控制效果。给出了应用该方法的具体实现步骤,结合导弹飞行的全弹道典型特征点参数,通过仿真实验说明了设计方法的有效性。     

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。     

基于状态观测器的非线性系统神经网络自适应控制

结合高增益观测器,针对相对阶为n的非线性系统,设计了神经网络自适应控制器。利用Lyapnov定理获得了神经网络权值的更新律和控制器的控制律,从而确保了整个闭环系统的稳定性和有界性。由于神经网络不需任何的离线训练,因而该控制器能够广泛应用于一大类非线性性系统的控制中。仿真结果验证了控制方案的有效性。     

基于演化神经网络的飞机自动着陆自适应逆设计

应用基于演化神经网络的自适应逆方法对飞机纵向自动着陆控制系统进行了设计与研究。首先,提出了逆控制器的结构,并将演化神经网络用于自适应逆控制的学习过程。然后用神经网络自适应逆控制方法对飞机自动着陆系统进行设计,最后,对所设计的控制系统做了数字仿真研究。结果表明,所设计的自动着陆控制系统具有良好的可行性和鲁棒性。