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船舶远程驾驶人机主从博弈控制方法研究

交通运输系统工程与信息 2024年第3期24卷 21-31,74页

作者：李晨严新平刘佳仑黄亚敏李诗杰武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉430063 武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063

针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题,本文设计了系统人主机辅的运行模式,提出一种主从博弈框架下的共享控制方法,将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系,通过构造驾驶员和共驾控制器... 详细信息

针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题,本文设计了系统人主机辅的运行模式,提出一种主从博弈框架下的共享控制方法,将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系,通过构造驾驶员和共驾控制器的状态空间推导主从博弈的Stackelberg微分对策,使用Fan-GFlicksberg不动点定理证明纳什均衡解的存在性与唯一性。根据驾驶风格和操纵技能预分配驾驶权重,基于模型预测控制方法设计轨迹跟踪器,采取反馈校正方式在有限时域内滚动优化,综合考虑船舶安全航行边界、碰撞风险和人机冲突程度在线进行调节。选取船舶横向偏移误差和驾驶员操作负荷等评价指标,在内河操纵环境下验证了方法的有效性。仿真结果表明:本文所提出的主从博弈控制方法能够为具备不同驾驶风格和操纵技能的作业人员提供个性化辅助,当驾驶员和共驾控制器发生意图冲突时,根据航行风险对预分配权重进行调节,在确保航行安全的前提下使船舶尽可能满足驾驶员的操纵意图。

关键词：水路运输船舶远程驾驶人机协同共享转向控制模型预测控制权重调节

基于响应面法-遗传算法的船舶推进轴系多目标优化设计

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上海交通大学学报 2024年

作者：张聪疏炳南张江涛金勇武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉理工大学交通与物流工程学院水路交通控制全国重点实验室(武汉)

为降低船舶在航行过程中传动设备的功率损失，提高推进轴系的传递效率，并改善轴系振动性能，基于响应面模型与遗传算法对某船舶轴系实验台进行了多目标优化设计。采用CCD星点设计方法，在优化设计空间中选取合理实验点，拟合构建最小... 详细信息

为降低船舶在航行过程中传动设备的功率损失，提高推进轴系的传递效率，并改善轴系振动性能，基于响应面模型与遗传算法对某船舶轴系实验台进行了多目标优化设计。采用CCD星点设计方法，在优化设计空间中选取合理实验点，拟合构建最小总功耗、振动响应幅值的响应面模型。基于遗传算法，利用Matlab软件求解响应面模型回归函数的Pareto最优解。对比分析几组优化结果，获得最佳优化设计方案，研究结果表明这种联合方法减低了轴系功耗损失约7%，能有效提高轴系传递效率，轴系振动幅值降低了2.3%，有效抑制了推进轴系振动问题，从而验证了该船舶推进轴系多目标优化方法的正确性和可行性。

关键词：推进轴系传递效率响应面法遗传算法

两种直动式高速电磁阀数值模拟与动态响应对比分析

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内燃机工程 2024年第4期45卷 81-88页

作者：范玉陈聿章谢良涛杨建国武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 船舶动力工程技术交通行业重点实验室武汉430063

针对直动式高速电磁阀动铁芯与阀芯加工、装配工艺要求高,一致性较差的问题,提出了一种动铁芯与阀芯可分离的结构,基于AMESim平台建立此款电磁阀电–磁–机–气多物理场耦合模型,考虑了动铁芯与阀芯撞击与分离的情况,并在试验台上进行... 详细信息

针对直动式高速电磁阀动铁芯与阀芯加工、装配工艺要求高,一致性较差的问题,提出了一种动铁芯与阀芯可分离的结构,基于AMESim平台建立此款电磁阀电–磁–机–气多物理场耦合模型,考虑了动铁芯与阀芯撞击与分离的情况,并在试验台上进行了验证。然后与另一种动铁芯与阀芯“绑定”的结构形式进行比较分析。结果表明:两种电磁阀在动态响应与影响动态响应的关键参数存在差别。在同等条件下,第一种结构形式的电磁阀动态响应整体略差,但是其对动铁芯–阀芯加工、装配工艺的要求较低。

关键词：直动式高速电磁阀数值模拟动态响应装配工艺

虚假数据注入式攻击下无人水面船舶自适应神经输出反馈轨迹跟踪控制

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自动化学报 2024年第7期50卷 1472-1484页

作者：祝贵兵吴晨马勇浙江海洋大学船舶与海运学院舟山316022 武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063 武汉理工大学航运学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉430063 中国远洋海运集团院士工作站上海200135

本文主要研究网络环境下无人水面船舶(Unmanned surface vessels,USVs)遭受虚假数据注入式(False-data-injection,FDI)攻击的跟踪控制问题.其中,内部和外部不确定以及输入饱和约束等实际因素均考虑在设计中.在控制设计过程中,为避免将... 详细信息

本文主要研究网络环境下无人水面船舶(Unmanned surface vessels,USVs)遭受虚假数据注入式(False-data-injection,FDI)攻击的跟踪控制问题.其中,内部和外部不确定以及输入饱和约束等实际因素均考虑在设计中.在控制设计过程中,为避免将船舶速度的攻击信号引入闭环系统,采用分类重构思想,构造一种新的神经网络(Neural network,NN)状态观测器,同时重构船舶速度和攻击信号.进一步,在backstepping设计框架下,利用重构的攻击信号补偿USVs运动学通道因虚假数据注入式攻击引起的非匹配不确定项.在动力学设计通道中,利用自适应神经技术和单参数学习法,重构由内部和外部不确定组成的复合不确定部分,进而提出自适应神经输出反馈控制方案.理论分析表明,即便在FDI攻击、内外不确定以及执行器饱和约束的情况下,所提控制方案仍能迫使USVs跟踪给定的参考轨迹.同时,仿真和比较结果证实了所提控制方案的有效性和优越性.

关键词：无人水面船舶虚假数据注入式攻击跟踪控制单参数学习法自适应神经控制输出反馈

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柴油/天然气船用双燃料低速机甲烷逃逸浓度软测量

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内燃机工程 2024年第3期45卷 102-108页

作者：赵国旭胡磊余永华侍晓冬武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 船舶动力工程技术交通运输行业重点实验室武汉430063 中船动力研究院上海200129

为消除甲烷逃逸浓度软测量过程中测试参数之间延迟对软测量实时性和精度的影响,提出一种基于长短时记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络和互信息(mutual information,MI)的船用双燃料低速机甲烷逃逸浓度软测量方法。首先,利用互... 详细信息

为消除甲烷逃逸浓度软测量过程中测试参数之间延迟对软测量实时性和精度的影响,提出一种基于长短时记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络和互信息(mutual information,MI)的船用双燃料低速机甲烷逃逸浓度软测量方法。首先,利用互信息进行辅助变量筛选和变量时间延迟的计算;将预处理后的数据导入LSTM模型来预测甲烷逃逸浓度;最后使用某低速双燃料机甲烷逃逸治理系统的历史数据进行模型性能的验证。结果表明:基于LSTM和互信息的软测量模型具有较好的预测能力,为船舶双燃料低速机甲烷逃逸浓度的监测提供了一种有效参考方法。

关键词：长短时记忆神经网络互信息软测量甲烷逃逸双燃料发动机

大型船舶推进轴系校中-振动性能综合优化研究

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华中科技大学学报(自然科学版) 2024年

作者：张聪燕翔杨平章林柯武汉理工大学交通与物流工程学院武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室国家水运安全工程技术研究中心武汉理工大学船海与能源动力工程学院北京云道智造科技有限公司

针对大型船舶推进轴系校中环境复杂且往往影响轴系振动从而对推进轴系正常运行产生威胁的问题，本文以某大型集装箱船的推进轴系为研究对象，基于响应曲面设计方法（RSM）构建推进轴系校中-振动多目标优化模型，选取后尾轴承负荷最小、... 详细信息

针对大型船舶推进轴系校中环境复杂且往往影响轴系振动从而对推进轴系正常运行产生威胁的问题，本文以某大型集装箱船的推进轴系为研究对象，基于响应曲面设计方法（RSM）构建推进轴系校中-振动多目标优化模型，选取后尾轴承负荷最小、各轴承负荷分布均匀和后尾轴承振动响应最小为优化目标，最后利用多目标遗传算法（MOGA）和模糊评价法进行求解和评估得到了实例的综合优化方案。结果表明：推进轴系后尾轴承负荷与轴承振动密切相关。直线校中与合理校中进行比较发现，合理校中的轴承分布更均匀，但振动响应增加了6.93%。进行综合优化后，在满足了轴承负荷要求的同时，后尾轴承振动降低了3.01%，实现了轴系校中和振动综合优化的目的。

关键词：船舶推进轴系轴系校中轴系振动响应曲面设计方法多目标优化

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连杆强度的光弹性试验分析

武汉水运工程学院学报 1984年第3期 9-16页

作者：韩魁刘新华武汉水运工程学院船舶内燃机教研室武汉水运工程学院船舶内燃机教研室

本文介绍了运用三维光弹性的试验方法来测量和分析200增压柴油机连杆的应力情况,以及该连杆在第二期指标下工作的应力分布和强载裕度。通过原型与改型方案的对比试验,验证了适当增大杆身圆弧确能缓解小端应力集中的结论。文章还对梯形... 详细信息

本文介绍了运用三维光弹性的试验方法来测量和分析200增压柴油机连杆的应力情况,以及该连杆在第二期指标下工作的应力分布和强载裕度。通过原型与改型方案的对比试验,验证了适当增大杆身圆弧确能缓解小端应力集中的结论。文章还对梯形小端的应力分布特点作了说明,并对试验方法和实验结果作了理论上的分析。

关键词：光弹性试验应力分布应力情况环氧树脂模型柴油机连杆试验方法螺栓预紧力应力集中拉伸载荷材料机械性能

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低热损失发动机喷涂陶瓷活塞热负荷的研究

内燃机工程 1991年第2期12卷 20-25页

作者：李光辉钱耀南武汉船舶设计研究所武汉水运工程学院

本文论述了采用20μ镍铬镍硅薄丝带热电偶,对离子溅射喷涂陶瓷活塞顶表面及第1道活塞环上沿岸进行温度测量的方法和测量结果的精度分析。并比较了实测值和计算值,其结果基本相吻合。

关键词：发动机活塞陶瓷喷涂

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改善高增压柴油机进气门磨损的试验研究

内燃机学报 1985年第4期3卷 365-370页

作者：龚齐清崔可润陈清泉武汉水运工程学院哈尔滨船舶修造厂

进气门的下陷及异常磨损是高增压柴油机常见的共性问题。为此,本文作者结合平均有效压力 Pe 为1.45MPa 的6200GZC 型柴油机进行了进气门与气门座材料匹配以及进气道设置机油喷雾装置的专题试验研究。试验结果证实,进气门与气门座接合面... 详细信息

进气门的下陷及异常磨损是高增压柴油机常见的共性问题。为此,本文作者结合平均有效压力 Pe 为1.45MPa 的6200GZC 型柴油机进行了进气门与气门座材料匹配以及进气道设置机油喷雾装置的专题试验研究。试验结果证实,进气门与气门座接合面的异常磨损,主要取决于能否在气门与气门座结合面上形成隔膜层,故设置机油喷雾装置是改善高增压柴油机进气门严重磨损的有效措施。通过实船一万余小时的变工况运行考核,获得了良好的经济效益

关键词：气门座试验研究进气门高增压柴油机喷雾装置缸盖