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船舶舵机电静液作动器的分数阶线性自抗扰控制

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兵工学报 2024年第5期45卷 1514-1522页

作者：吕明明谢华伟钟伟万国龙涂超凡江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212100 中国船舶航海保障技术实验室天津300131 中国船舶重工集团公司第七〇七研究所九江分部江西九江332007

为改善船舶舵机电静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator,EHA)的抗扰性能,提出一种基于线性自抗扰控制和分数阶PD控制的融合控制方法。在建立驱动电机和液压系统数学模型的基础上,利用线性扩张状态观测器(Linear Extended State Obse... 详细信息

为改善船舶舵机电静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator,EHA)的抗扰性能,提出一种基于线性自抗扰控制和分数阶PD控制的融合控制方法。在建立驱动电机和液压系统数学模型的基础上,利用线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)估计EHA在不同工况下所受的内外总扰动,并证明LESO的有界稳定性;进一步采用分数阶PD控制作为控制律对所估计的总扰动予以主动抑制,控制参数由剪切频率和相位裕度等频率响应指标决定。利用AMESim和Simulink联合建立EHA仿真模型,通过分析可知,所提出控制方法在船舶航速分别为6 kn和8 kn时位移控制精度均约为1 mm。利用自研EHA搭建船舶舵机半实物试验装置,进行来回摆舵和突然换向试验,结果表明在负载扰动下和有突变换向情况时,所提出控制方法对操舵指令的跟踪均具有较好的快速性和稳定性。

关键词：船舶舵机电静液作动器线性自抗扰分数阶PD

De-DDPM:可控、可迁移的缺陷图像生成方法

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自动化学报 2024年第8期50卷 1539-1549页

作者：岳忠牧张喆吕武赵瑞祥马杰华中科技大学人工智能与自动化学院武汉430074 中国船舶集团有限公司航海科技有限责任公司北京100070

基于深度学习的表面缺陷检测技术是工业上的一项重要应用,而缺陷图像数据集质量对缺陷检测性能有重要影响.为解决实际工业生产过程中缺陷样本获取成本高、缺陷数据量少的痛点,提出了一种基于去噪扩散概率模型(Denoising diffusion proba... 详细信息

基于深度学习的表面缺陷检测技术是工业上的一项重要应用,而缺陷图像数据集质量对缺陷检测性能有重要影响.为解决实际工业生产过程中缺陷样本获取成本高、缺陷数据量少的痛点,提出了一种基于去噪扩散概率模型(Denoising diffusion probabilistic model,DDPM)的缺陷图像生成方法.该方法在训练过程中加强了模型对缺陷部位和无缺陷背景的差异化学习.在生成过程中通过缺陷控制模块对生成缺陷的类别、形态、显著性等特征进行精准控制,通过背景融合模块,能将缺陷在不同的无缺陷背景上进行迁移,大大降低新背景上缺陷样本的获取难度.实验验证了该模型的缺陷控制和缺陷迁移能力,其生成结果能有效扩充训练数据集,提升下游缺陷检测任务的准确率.

关键词：数据增强数据集扩充缺陷图像生成深度学习

热传导模式对电弧增材制造800 MPa级船用高强钢组织与性能的影响

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焊接学报 2024年第5期45卷 38-46页

作者：郑文健李正阳王杏华宫旭辉闫德俊赖少波杨建国浙江工业大学机械工程学院杭州310023 中国船舶重工集团公司第七二五研究所洛阳471023 中船黄埔文冲船舶有限公司广东省舰船先进焊接技术企业重点实验室广州510715

为了研究热传导模式对800 MPa级船用高强钢增材构件组织与性能的影响,采用电弧增材制造技术在不同工艺下沉积了800 MPa级船用高强钢构件,并对其进行微观组织表征和力学性能测试.沿高度方向沉积时,构件底部主要为针状铁素体和马氏体组织... 详细信息

为了研究热传导模式对800 MPa级船用高强钢增材构件组织与性能的影响,采用电弧增材制造技术在不同工艺下沉积了800 MPa级船用高强钢构件,并对其进行微观组织表征和力学性能测试.沿高度方向沉积时,构件底部主要为针状铁素体和马氏体组织,中部和顶部为块状和针状铁素体+粒状贝氏体组织,水平和竖直方向的屈服强度分别为708 MPa和652MPa,抗拉强度分别为895 MPa和831 MPa,-60℃冲击吸收能量分别为66 J和86 J;沿横向沉积时,构件的显微组织为细小的针状铁素体和板条状马氏体,屈服强度和抗拉强度分别达到929 MPa和1 020 MPa,-60℃冲击吸收能量为92 J,结果表明,800 MPa级船用高强钢增材构件的力学性能对热传导模式的敏感性较高,优化热传导模式可以明显提升其综合力学性能.

关键词：电弧增材制造船用高强钢微观组织特征力学性能

基于混合采样深度Q网络的水面无人艇逃脱策略

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中国舰船研究 2024年第1期19卷 256-263页

作者：杨远鹏宋利飞茅嘉琪李一陈侯京中国船舶集团有限公司系统工程研究院北京100094 武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室湖北武汉430063 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064

[目的]针对敌方船舶采用合围战术,研究我方无人艇(USV)被敌方船舶包围情况下的逃跑策略规划问题。[方法]提出一种混合采样深度Q网络(HS-DQN)强化学习算法,逐步增加重要样本的回放频率,并保留一定的探索性,防止算法陷入局部最优。设计状... 详细信息

[目的]针对敌方船舶采用合围战术,研究我方无人艇(USV)被敌方船舶包围情况下的逃跑策略规划问题。[方法]提出一种混合采样深度Q网络(HS-DQN)强化学习算法,逐步增加重要样本的回放频率,并保留一定的探索性,防止算法陷入局部最优。设计状态空间、动作空间和奖励函数,通过训练获得最优的USV逃跑策略,并从奖励值和逃脱成功率方面与DQN算法进行对比。[结果]仿真结果表明,使用HSDQN算法进行训练,逃脱成功率提高2%,算法的收敛速度提高了20%。[结论]HS-DQN算法可以减少USV无效探索的次数,并加快算法的收敛速度,仿真实验验证了USV逃跑策略的有效性。

关键词：无人艇阿波罗尼奥斯圆围捕-逃跑深度强化学习混合采样

基于改进PointNet++的船体分段合拢面构件智能识别算法研究

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中国舰船研究 2024年

作者：李瑞赵怡荣霍世霖汪骥史卫东大连市舰船先进制造技术重点实验室大连船舶重工集团有限公司大连理工大学船舶工程学院

[目的]三维扫描仪获得的船体分段合拢面点云数据，具有精度高、数据量大的优势，能够很好的反映分段合拢面的建造状况。由于现有的PointNet++网络无法处理大容量点云数据，因此提出一种基于改进PointNet++的船体分段合拢面构件智能识别... 详细信息

[目的]三维扫描仪获得的船体分段合拢面点云数据，具有精度高、数据量大的优势，能够很好的反映分段合拢面的建造状况。由于现有的PointNet++网络无法处理大容量点云数据，因此提出一种基于改进PointNet++的船体分段合拢面构件智能识别算法，实现针对大容量船体分段合拢面点云数据的构件智能识别。[方法]基于超体素生长理论对船体分段合拢面点云数据分割及简化，构建船体分段合拢面点云数据集，并使用该数据集训练基于深度学习理论改进的PointNet++网络。[结果]网络模型在船体分段合拢面点云数据训练集和测试集上的收敛结果趋于稳定，在测试集上准确率达到90%。[结论]表明该方法具有良好的识别能力，能够完成船体分段合拢面构件智能识别。

关键词：船体分段合拢面点云数据超体素生长 PointNet++ 智能识别

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带有输入/状态量化的无人船舶航迹跟踪控制

控制工程 2024年

作者：宁君王雨李伟张军大连海事大学航海学院中国船舶集团有限公司系统工程研究院

针对海上通讯带宽受限情况下无人船的航迹跟踪控制问题，设计了一种带有输入量化和状态量化的量化反馈跟踪控制方法。首先，采用均匀量化器对控制系统中的状态变量和控制输入进行量化处理，利用扩张状态观测器(Extended State Observer... 详细信息

针对海上通讯带宽受限情况下无人船的航迹跟踪控制问题，设计了一种带有输入量化和状态量化的量化反馈跟踪控制方法。首先，采用均匀量化器对控制系统中的状态变量和控制输入进行量化处理，利用扩张状态观测器(Extended State Observer，ESO)估计量化后的状态反馈信息以及系统中的不确定项，其次，将反步法与动态面控制技术相结合，利用ESO的状态观测结果设计系统控制律。基于Lyapunov稳定性理论证明了扩张状态观测器的观测误差，以及闭环控制系统中量化变量和非量化变量之间误差的有界性，并最终证明了所设计的基于扩张状态观测器的带有状态量化和输入量化的无人船舶航迹跟踪控制系统的稳定性。最后，通过仿真实验验证了所提方案的有效性。

关键词：无人船舶船舶航迹跟踪控制扩张状态观测器输入量化状态量化

基于差分-灰狼算法的水下航行器路径规划方法

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舰船科学技术 2024年第15期46卷 84-88页

作者：蔡金思孙卓王凯李广华李治涛中国船舶集团有限公司第七一三研究所河南郑州450015 河南省水下智能装备重点实验室河南郑州450015 中国舰船研究院北京100192

水下航行器因其自主灵活、安全可靠的特性已被日趋广泛地应用于各类海洋探测任务中。然而,其路径规划仍面临着算法求解效果不佳、路径安全性不足等问题。本文以路径安全性为约束条件,路径总长度最小化为目标函数建立了水下航行器路径规... 详细信息

水下航行器因其自主灵活、安全可靠的特性已被日趋广泛地应用于各类海洋探测任务中。然而,其路径规划仍面临着算法求解效果不佳、路径安全性不足等问题。本文以路径安全性为约束条件,路径总长度最小化为目标函数建立了水下航行器路径规划模型。针对该模型的求解需求,本文将差分进化算子引入灰狼算法中以改善其全局探索能力,并称改进算法为差分-灰狼算法。仿真实验结果表明,本文所提出的差分-灰狼算法可以为水下航行器规划安全经济的路径,并在规划效果与收敛速度方面较差分进化算法和灰狼算法有明显优势,具有广阔工程应用价值。

关键词：水下航行器差分进化算法灰狼算法路径规划约束优化

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基于改进模糊评价法的无人艇碰撞风险计算

系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 1031-1037页

作者：赵贵祥王晨旭周健李云淼天津大学海洋科学与技术学院天津300110 中国船舶集团有限公司第七一六研究所江苏连云港222061

为了解决传统模糊评价模型在船舶风险评估中多仅适用远距离场景,以及缺乏考虑《国际海上避碰规则》(International Regulations for Collision Avoidance at Sea,COLREGs)等问题,提出一种改进的模糊评价法,用于计算水面无人艇(unmanned ... 详细信息

为了解决传统模糊评价模型在船舶风险评估中多仅适用远距离场景,以及缺乏考虑《国际海上避碰规则》(International Regulations for Collision Avoidance at Sea,COLREGs)等问题,提出一种改进的模糊评价法,用于计算水面无人艇(unmanned surface vessel,USV)的碰撞危险度。该方法采用四元船舶领域确定模型中的安全距离,并通过行动域模型明确模型中碰撞威胁距离。同时,将两船是否构成紧迫危险局面引入到碰撞危险度的计算中。实验结果表明,改进后的方法能够适用于近距离水域的USV碰撞危险度计算,同时满足COLREGs的要求和航海避碰实际情况。

关键词：碰撞危险度模糊评价水面无人艇船舶领域动界

基于水文环境的鱼雷自导作用距离预估方法研究

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舰船科学技术 2024年第6期46卷 181-185页

作者：李永胜邓剑晶杨向锋肖霖中国船舶集团有限公司第七〇五研究所陕西西安710075 水下信息与控制重点实验室陕西西安710075

水声传播特性受海洋环境的水文条件影响严重,具有非常显著的时变和空变特性,直接制约着鱼雷自导性能。基于波束追踪(Bellhop)声场计算方法,综合考虑信道特性、装备自身特性和目标特性,建立鱼雷自导作用距离预估模型,提出鱼雷工作深度选... 详细信息

水声传播特性受海洋环境的水文条件影响严重,具有非常显著的时变和空变特性,直接制约着鱼雷自导性能。基于波束追踪(Bellhop)声场计算方法,综合考虑信道特性、装备自身特性和目标特性,建立鱼雷自导作用距离预估模型,提出鱼雷工作深度选择方法,可为鱼雷探测能力评估、作战规划、作战参数选择等提供技术手段。通过仿真和实航试验结果,分析水文环境对鱼雷自导作用距离的影响,验证了预估模型的准确性,研究成果可用于指导鱼雷作战使用,并为研究鱼雷自导环境适应性问题提供参考。

关键词：鱼雷自导作用距离预估 Bellhop 环境适应性水声传播