船舶避碰动态系统数学模型的研究

利用控制理论的思想，将避让船和被避让船看成是一个动态系统，首次提出船舶避碰动态系统的概念，并在考虑避让船操纵性能的基础上，建立了船舶避碰动态系统的数学模型，从控制论的角度，指出自动避碰决策系统的研究是针对船舶避碰动态系统控制器的综合设计问题，智能控制，专家控制和模糊控制是自动避碰决策和系统研究的方向，本文提出的数学模型是利用计算机仿真研究自动避碰决策系统中上述的控制器的基础。     

船舶阻力系数和推力系数计算的数据库方法

对船舶直航阻力系数及四象限推力和转矩系数的计算问题提出一种根据已有数据建立相应数据库的方法，然后可由船型参数利用计算机进行检索，从而达到直接计算上述系数的目的。这项研究在船舶操纵运输仿真中是不可缺少的。     

高速水翼船垂荡与纵摇运动模拟

从受力分析的角度,建立了垂荡和纵摇的数学模型.给出了模型中各个参数的计算方法,尤其是对水翼产生的升力进行了详细地分析.为了验证模型的有效性,基于一艘高速水翼双体船HC200B,使用Matlab的Simulink工具箱进行了仿真研究,给出了在12个航速点的上浮量和纵倾值,以及在设计航速的船体姿态.对比仿真数据和实验数据,包括高速域附近的数据,二者相符得很好,这表明了所提出的模型是合理的.     

基于耗散理论的不完全驱动船舶直线航迹控制设计

将严格耗散的概念引入到船舶直线航迹控制系统中,研究了不完全驱动船舶在有外界干扰作用下的直线航迹鲁棒控制问题.基于耗散不等式,提出了一种鲁棒全局状态反馈控制器,使得所得闭环系统是严格耗散且全局渐近稳定的.同时,在有外界干扰作用下,该控制算法能够使得不完全驱动船舶全局最终镇定在一条设定直线上;当没有外界干扰时,又能够使得系统的状态(即横向位移、航向角和转首角速度)全局渐近稳定.计算机仿真结果验证了本文所提出的控制器的有效性.     

不确定非线性系统变结构模糊自适应鲁棒控制

考虑一类不确定非线性系统的鲁棒控制器设计问题,在假设系统不确定性函数结构未知的情况下,利用模糊系统对不确定性函数进行逼近,将获得的模糊系统函数作为系统不确定性界函数。在此基础上,提出了一种变结构模糊自适应鲁棒控制算法,该算法在确保系统的滑动模态超平面为渐近可达的前提下,在线对系统模型的控制增益参数和不确定性函数的界参数进行估计。最后以船舶减摇鳍非线性控制系统为例,进行了变结构鲁棒自适应模糊控制器的设计。仿真研究表明,所提出的算法是有效的。     

高速水翼船操纵模拟器中运动数学模型的研究

针对开发高速船操纵模拟器的需要，提出了高速水翼船在波浪中运动的非线性数学模型。从流体力学的角度，详细分析了该运动数学模型中各个参数的计算方法，并考虑了波浪对船体运动的影响。为了验证该数学模型，以高速水翼船HC200B-A1作为实例，利用Matlab的Simulink工具箱，在6组实验波浪参数的条件下，对水翼船在首浪和尾浪中的垂荡和纵摇运动进行了仿真研究。仿真结果显示高速水翼船在尾浪中垂荡和纵摇的幅值比迎浪中的幅值要大，这是与航海实践相符合的，同时也表明所提出的数学模型是合理和可靠的，并从模型的角度对仿真结果进行了阐释。     

船舶航向鲁棒PID自动舵设计

以Ｎｏｍｏｔｏ方程作为船舶运动控制系统的模型,给出了船舶航向ＰＩＤ型自动舵的传统设计方法,在考虑到船舶运动模型参数不确定性和外界干扰的不确定性的基础上,建立了含有不确定性项的船舶航向误差控制系统的状态方程,并利用Ｌｙａｐｕｎｏｖ display structure     

恒向线航向和航程的精确计算

以地球椭圆体为基础,通过理论公式推导,得出了船舶东西向航行、南北向航行及其他航向航行时恒向线航线的航向和航程的精确计算数学模型,介绍了在各种情况下恒向线航向和航程的求取方法,航向以圆周法度量,航程统一到以法定海里为单位,并给出计算流程框图,便于计算机自动进行航迹推算,该航迹计算模型有较广泛的适用性,无论赤道一侧航行或跨赤道航行均能适用。     

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．     

船舶航向的变结构控制自动舵设计

对于线性系统,讨论了用二次型性能准则建立系统滑动模态超平面的方法,给出了一种变结构控制算法,进而利用野本方程,建立船舶航向控制系统的状态方程,在此基础上,进行了船舶航向的变结构控制自动舵设计,经过仿真试验证明,该算法是完全有效的,而且效果也十分良好。