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船舶航向保持静态抗饱和控制

船舶力学 2011年第7期15卷 757-762页

作者：周丽明刘胜江南大学教育部轻工过程先进控制重点实验室江苏无锡214122 哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

针对船舶航向保持时,由于舵机速率与幅值饱和,导致闭环系统性能下降,甚至不稳定问题,提出了静态抗饱和控制算法。首先用线性系统理论求出的静态无约束控制规律,在控制器中加入幅度与速率饱和模型,再以最小化扰动到被调输出的非线性L2增... 详细信息

针对船舶航向保持时,由于舵机速率与幅值饱和,导致闭环系统性能下降,甚至不稳定问题,提出了静态抗饱和控制算法。首先用线性系统理论求出的静态无约束控制规律,在控制器中加入幅度与速率饱和模型,再以最小化扰动到被调输出的非线性L2增益为目标,使控制问题转化为具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,进而求出静态抗饱和补偿增益。设计的控制器简单,满足船舶航向控制精度和节约能源性能要求,解决了由于舵机速率饱和导致的闭环系统不稳定问题,最后通过仿真进行了验证。

关键词：线性矩阵不等式船舶航向保持幅度与速率饱和抗饱和补偿器代数环良定

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船舶航向保持鲁棒容错控制

船舶航向保持鲁棒容错控制

作者：李争大连海事大学

学位级别：硕士

在共建“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”(简称为“一带一路”)倡议及建设海洋强国的背景下,水上货物运输尤为重要。船舶作为水上货物运输的主要载体,在航行中会面临复杂的水文及气象条件,而且随着时代的发展及科技的进步,船... 详细信息

在共建“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”(简称为“一带一路”)倡议及建设海洋强国的背景下,水上货物运输尤为重要。船舶作为水上货物运输的主要载体,在航行中会面临复杂的水文及气象条件,而且随着时代的发展及科技的进步,船舶大型化、复杂化、专业化已经成为趋势,一旦船员操作失误或船舶设备出现故障等不能正常运行的情况,就可能导致整个船舶出现问题,进而导致船舶耽误正常的船期或者船舶事故的发生,船期延误会带来经济损失,而船舶事故的后果更是无法估量。所以,有必要对船舶在运行中可能出现的故障进行判断,并针对船舶可能出现的故障进行容错控制,使之能够保持正常的运行或者在降低一些船舶性能的情况下保证整体安全。本文将基于幂函数的非线性馈饰(nonlinear feedback and decoration,NFAD)技术应用于船舶航向保持控制,并在仿真中加入舵机特性、风浪干扰等以使仿真试验更加贴近航海实践。通过对船舶运动模型进行旋回仿真试验并将实验结果与船舶实船海试实验数据进行对比,验证了船舶模型的精度。采用闭环增益成形算法设计鲁棒PID控制器,并在仿真中加入基于幂函数的非线性馈饰技术对控制器进行改进,以期达到优化控制效果的目的。文中以大连海事大学实习船“育鲲”轮参数建立运动模型进行船舶航向保持控制仿真试验,并对实验结果进行分析,验证了非线性馈饰技术的有效性和其对控制性能的改善。通过对船舶航向保持中常用传感器和执行器可能出现的故障进行考虑及分类,在不重新设计控制器的基础上加入故障诊断及隔离技术,使船舶在传感器或执行器出现不同类型故障的情况下能够以降低一些控制性能但保证船舶正常航行的情况下达到预期的运行效果,从而进行航向保持容错控制。仿真试验证明了所采用的故障诊断与隔离方法的有效性,对船舶航向保持中可能出现的故障导致船舶失控的情况进行遏制。

关键词：船舶航向保持鲁棒容错控制非线性馈饰闭环增益成形算法

低能耗船舶航向保持混合灵敏度H_∞控制算法

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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武汉理工大学学报 2010年第6期32卷 95-97,102页

作者：刘勇李文魁陈永冰周永余周岗海军工程大学科研部武汉430033 海军工程大学电气与信息学院武汉430033

针对海浪中航行的船舶在航向保持过程中,船艏向处于高频振荡引起的频繁操舵、增加能耗的问题,提出了一种S/KS混合灵敏度H∞鲁棒控制算法。通过设计合理的性能权函数和控制权函数,获得了较高的航向保持精度和干扰抑制性能。在不同海况下... 详细信息

针对海浪中航行的船舶在航向保持过程中,船艏向处于高频振荡引起的频繁操舵、增加能耗的问题,提出了一种S/KS混合灵敏度H∞鲁棒控制算法。通过设计合理的性能权函数和控制权函数,获得了较高的航向保持精度和干扰抑制性能。在不同海况下与LQ最优控制的对比仿真表明,该控制算法对高频海浪干扰抑制具有良好的鲁棒性,操舵能耗显著降低。

关键词：船舶航向保持 H∞控制低能耗混合灵敏度

基于减聚类-自适应神经模糊推理的船舶航向保持控制设计

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船舶工程 2019年第4期41卷 82-87,139页

作者：陈桂妹苗保彬宁波大学海运学院

为解决船舶在非线性和不确定性条件下的常规航向保持控制参数难以确定和性能较差的问题,提出一种基于减法聚类和神经模糊推理系统(SC-ANFIS)的船舶航向保持控制设计。基于鲁棒PID控制,借助减法聚类算法的学习能力对输入样本进行聚类分析... 详细信息

为解决船舶在非线性和不确定性条件下的常规航向保持控制参数难以确定和性能较差的问题,提出一种基于减法聚类和神经模糊推理系统(SC-ANFIS)的船舶航向保持控制设计。基于鲁棒PID控制,借助减法聚类算法的学习能力对输入样本进行聚类分析,优化模糊量化和模糊规则,继而用神经-模糊推理的方法解决船舶的不确定性问题和非线性控制问题;同时,为避免维数灾难等问题发生,采用多维隶属度函数设计一种可在线自调整的基于SC-ANFIS的航向保持控制系统,并设计仿真试验进行对比分析。仿真试验结果表明,在存在模型参数摄动和干扰的情况下,基于SC-ANFIS的航向保持控制系统可行、有效,能取得良好的控制效果。

关键词：船舶航向保持自适应神经模糊推理系统神经网络减法聚类

基于Lyapunov稳定性的船舶航向保持控制器非线性反馈改进

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中国舰船研究 2019年第1期14卷 150-155,161页

作者：马超张显库杨光平大连海事大学航海动态仿真与控制实验室辽宁大连116026

[目的]船舶航向保持是船舶自动导航的核心,其实现离不开非线性控制算法的设计。为了简化控制器的设计过程,提高系统鲁棒性,节省控制器的能量输出,提出一种基于Lyapunov函数改进的具有非线性反馈的控制器。[方法]首先,通过构建Lyapunov函... 详细信息

[目的]船舶航向保持是船舶自动导航的核心,其实现离不开非线性控制算法的设计。为了简化控制器的设计过程,提高系统鲁棒性,节省控制器的能量输出,提出一种基于Lyapunov函数改进的具有非线性反馈的控制器。[方法]首先,通过构建Lyapunov函数,简化控制器设计过程,避免非线性控制律对消系统的非线性项;然后,用指数函数处理后的航向误差代替航向误差本身的非线性反馈项,优化控制系统设计,减少能耗;最后,以实际船舶"育鹏"轮为例进行系统仿真。[结果]结果显示,采用上述方法设计的控制器控制效果良好,更加节能,且系统具有鲁棒性。[结论]研究表明,非线性反馈项的引入可以优化控制系统,其能节能的优点在实际工程应用中具有重要意义。

关键词：船舶航向保持 Lyapunov稳定性非线性反馈

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面对数据丢包的船舶航向保持网络预测控制器

上海海事大学学报 2014年第4期35卷 7-10,36页

作者：张艳徐成江锋上海海事大学物流工程学院上海201306

针对网络控制系统中存在的数据丢包问题,使用一种带有常值补偿机制的广义预测控制(Generalized Predictive Control,GPC)算法设计船舶航向保持的网络预测控制器.首先,利用TrueTime工具箱仿真使用传统GPC算法设计的船舶航向保持的网络预... 详细信息

针对网络控制系统中存在的数据丢包问题,使用一种带有常值补偿机制的广义预测控制(Generalized Predictive Control,GPC)算法设计船舶航向保持的网络预测控制器.首先,利用TrueTime工具箱仿真使用传统GPC算法设计的船舶航向保持的网络预测控制器.然后,考虑数据丢包对船舶航向保持的网络控制系统造成的影响,使用带有常值补偿机制的GPC算法设计一种新的船舶航向保持的网络预测控制器并进行仿真.仿真结果表明,在数据丢包情况下,采用新方法设计的控制器可以减少船舶航向调节时间,从而改善船舶航向保持的网络预测控制器的控制效果.

关键词：船舶航向保持网络控制系统数据丢包补偿机制广义预测控制(GPC)

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基于无线网络的船舶航向保持控制仿真平台

中国航海 2017年第1期40卷 1-3,78页

作者：姜日凡张显库大连海事大学航海学院辽宁大连116026 大连工业大学网络信息中心辽宁大连116034

为满足基于无线网络的船舶航向保持控制研究的需要,同时针对无线网络控制的仿真研究通常采用软件模拟,而软件模拟未考虑无线网络实际中的不确定性,仿真存在局限性的问题,设计一套基于现实的通用分组无线服务技术(General Packet Radio S... 详细信息

为满足基于无线网络的船舶航向保持控制研究的需要,同时针对无线网络控制的仿真研究通常采用软件模拟,而软件模拟未考虑无线网络实际中的不确定性,仿真存在局限性的问题,设计一套基于现实的通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service,GPRS)和ZigBee无线网络的近海或内河船舶航向保持控制仿真平台。仿真结果表明,该平台的无线网络传输数据稳定,航向保持控制性能良好。

关键词：船舶工程船舶航向保持无线网络控制通用分组无线服务技术 ZigBee

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基于网络的船舶航向保持控制仿真平台设计

中国航海 2015年第1期38卷 1-3,8页

作者：徐国平张显库大连海事大学航海学院辽宁大连116026

为使设计的控制器能通过网络控制船舶,根据VB具有的面向对象和用户图形界面设计简单的特点,设计一套基于网络的船舶航向保持控制仿真平台。在该平台上,以"育鲲"轮为被控对象,以PID控制算法为控制器,以Internet为数据通信载体,进行系统... 详细信息

为使设计的控制器能通过网络控制船舶,根据VB具有的面向对象和用户图形界面设计简单的特点,设计一套基于网络的船舶航向保持控制仿真平台。在该平台上,以"育鲲"轮为被控对象,以PID控制算法为控制器,以Internet为数据通信载体,进行系统测试。结果表明:该仿真平台操作简单,设计合理,航向保持控制性能良好。

关键词：船舶工程网络控制系统船舶航向保持仿真平台

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基于灰色预测的船舶航向简捷鲁棒控制

大连工业大学学报 2018年第1期37卷 63-66页

作者：姜日凡张显库大连海事大学航海学院辽宁大连116026 大连工业大学网络信息中心辽宁大连116034

针对船舶在海上运动的大时滞和非线性等特点,采用灰色预测和鲁棒控制相结合的方法,设计了一种船舶航向简捷鲁棒控制器,采用改进的灰色模型对船舶航向偏差进行实时预测,并将预测值应用于简捷鲁棒控制器。仿真试验结果表明,该控制系统是... 详细信息

针对船舶在海上运动的大时滞和非线性等特点,采用灰色预测和鲁棒控制相结合的方法,设计了一种船舶航向简捷鲁棒控制器,采用改进的灰色模型对船舶航向偏差进行实时预测,并将预测值应用于简捷鲁棒控制器。仿真试验结果表明,该控制系统是可行和有效的,具有较强的鲁棒性。

关键词：船舶航向保持灰色预测简捷鲁棒控制时滞