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基于控制障碍函数的多艇协同包围控制方法

武汉理工大学学报(交通科学与工程版) 2024年

作者：卢泰宇徐海祥余文曌武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室武汉理工大学船海与能源动力工程学院

针对障碍环境下的多无人艇协同包围控制问题，提出了一种基于控制障碍函数的分层控制方法．首先，在制导层设计了一种仅需邻居艇信息的分布式制导律，实现对运动目标的包围控制，并引入控制障碍函数，保证相邻两艇在规避静态障碍物的同... 详细信息

针对障碍环境下的多无人艇协同包围控制问题，提出了一种基于控制障碍函数的分层控制方法．首先，在制导层设计了一种仅需邻居艇信息的分布式制导律，实现对运动目标的包围控制，并引入控制障碍函数，保证相邻两艇在规避静态障碍物的同时始终在通信范围内；其次，考虑未知环境干扰、模型不确定性以及由传统滑模控制器所产生的抖振现象，基于复合正交神经网络的逼近特性和自适应滑模趋近律，在控制层设计了自适应神经滑模控制律，以精确跟踪分布式制导律给出的制导信号；最后，基于Lyapunov函数证明了上述闭环控制系统的稳定性，并进行了仿真对比．仿真结果表明，所提出的控制方法能有效提高多无人艇在障碍环境下执行包围任务的成功率，并使控制输出更平滑．

关键词：无人艇协同包围控制多智能体系统避障控制障碍函数自适应神经滑模控制

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波浪在陡坡上传播演化破碎特性试验研究

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2024年第1期48卷 62-66页

作者：李威李廷秋武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063

文中选取不同波浪入射参数和水深,分析了波浪在陡坡上传播破碎规律,采用高速摄像机对卷破破碎组次进行拍摄,结合频谱分析对陡坡上波浪破碎形态、破碎位置、波能演化特性进行研究.结果表明:对于卷破破碎波,影响最大的因素是水深,其次是... 详细信息

文中选取不同波浪入射参数和水深,分析了波浪在陡坡上传播破碎规律,采用高速摄像机对卷破破碎组次进行拍摄,结合频谱分析对陡坡上波浪破碎形态、破碎位置、波能演化特性进行研究.结果表明:对于卷破破碎波,影响最大的因素是水深,其次是波高和周期.卷破波破碎的过程是水团和卷舌不断演化扩大最后消失的过程,是波能从低频向高频转换的过程,高倍频向主频及次频转移最终趋于稳定标志着卷破破碎的结束.

关键词：波浪传播卷破波破碎特征模型试验卷舌

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大型往复式压缩机气阀故障诊断机理研究

武汉理工大学学报 2024年第6期46卷 120-128页

作者：余永华徐德峰王康宋朝琪潘耀宇胡磊尧阳烽武汉理工大学船海与能源动力工程学院船舶动力工程技术交通运输行业重点实验室中国空气动力研究与发展中心

气阀作为大型往复压缩机的关键部件，其故障率排在压缩机故障首位，开展气阀故障机理研究对其故障判据的确定具有指导意义。作者以某型往复式压缩机为研究对象，利用Simulink建立零维数值仿真模型，计算了正常状态下的缸内气体压力的动... 详细信息

气阀作为大型往复压缩机的关键部件，其故障率排在压缩机故障首位，开展气阀故障机理研究对其故障判据的确定具有指导意义。作者以某型往复式压缩机为研究对象，利用Simulink建立零维数值仿真模型，计算了正常状态下的缸内气体压力的动态过程，在压缩机试验台架上进行了缸压测量，验证了仿真模型的有效性，在此基础上进行了气阀泄漏、弹簧失效等故障仿真，从理论上分析了不同故障对气阀开启角度、p-V图面积、多变指数信号的影响规律，研究表明：排气阀故障越严重，进气阀开启角度越延后，排气阀开启角度越提前，p-V图面积越大，压缩膨胀梯度比越大；进气阀故障时反之，可为往复式压缩机气阀实时监测和故障诊断提供参考指导。

关键词：往复式压缩机气阀故障仿真建模缸压测量 p-V图

基于虚拟电压矢量模型预测转矩的船舶推进电机控制研究

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舰船科学技术 2024年第7期46卷 98-105页

作者：张聪周永健黄健殷紫栋欧阳武周新聪武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所湖北武汉430063

针对船舶电力推进系统中六相永磁同步电机所采用传统直接转矩控制技术(DTC)仅采用最外围电压大矢量,会产生较大谐波电流并导致转矩波动大的问题,提出基于虚拟电压矢量合成的模型预测转矩控制策略(V-MPTC),利用α-β子空间中同向的大矢... 详细信息

针对船舶电力推进系统中六相永磁同步电机所采用传统直接转矩控制技术(DTC)仅采用最外围电压大矢量,会产生较大谐波电流并导致转矩波动大的问题,提出基于虚拟电压矢量合成的模型预测转矩控制策略(V-MPTC),利用α-β子空间中同向的大矢量和中矢量与z_(1)-z_(2)子空间中反向的小矢量和中矢量恰好对应原理,通过适当地调节一个PWM周期内大矢量和中矢量的占空比,可以使z_(1)-z_(2)子空间中的合成电压矢量幅值为0,实现对电机谐波电流和转矩脉动的抑制。同时为了便于硬件系统实现,进行电压矢量中心化以及采取提前2步的预测方法。仿真结果表明,采用V-MPTC控制策略使系统响应速度有所提高,启动转速超调降低,转矩脉动从0.15 N·m降至0.04 N·m,谐波畸变率从68.92%降至10.85%,验证了该方法在船舶电力推进系统中可提高其控制性能。

关键词：船舶电力推进模型预测转矩控制谐波电流抑制电压矢量

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冰区船舶压载水舱吹泡防冻性能的模拟分析

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2024年第2期48卷 304-308页

作者：邓宏钰徐立张毅伟陈家君武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063

文中通过建立压载舱三维模型,采用VOF模型和凝固融化模型分析气泡在压载舱内的运动规律和形态变化,探究舱内海水-海冰-气泡多相流的换热规律以及海水-海冰的相变过程.结果表明:未吹泡情况下舱壁附近温度降低至海水凝固温度273.15 K以下... 详细信息

文中通过建立压载舱三维模型,采用VOF模型和凝固融化模型分析气泡在压载舱内的运动规律和形态变化,探究舱内海水-海冰-气泡多相流的换热规律以及海水-海冰的相变过程.结果表明:未吹泡情况下舱壁附近温度降低至海水凝固温度273.15 K以下,会发生冻结;吹泡情况下温度降低至273.15 K后维持不变.

关键词：冰区防冻压载舱多相流吹泡法

等能量低速冲击下泡沫铝夹芯板动态力学行为研究

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武汉理工大学学报(交通科学与工程版) 2024年

作者：郭开岭许博方张梗林穆梦颖王贤贵朱凌武汉理工大学船海与能源动力工程学院中国船舶及海洋工程设计研究院高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学)

利用ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板冲击数值仿真模型，分析了泡沫铝夹芯板动态冲击响应特性，并将仿真结果与冲击实验的结果进行了对比。在验证了数值方法的准确性之后，在保持冲击能量相同的前提下，研究了速度-质量组合方式对泡沫铝夹芯... 详细信息

利用ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板冲击数值仿真模型，分析了泡沫铝夹芯板动态冲击响应特性，并将仿真结果与冲击实验的结果进行了对比。在验证了数值方法的准确性之后，在保持冲击能量相同的前提下，研究了速度-质量组合方式对泡沫铝夹芯板冲击力峰值、面板最终挠度、冲击持续时间等动态响应的影响规律。结果表明，在低速冲击范围内，冲击速度对泡沫铝夹芯板加卸载过程、冲击力峰值、最终挠度等结果量的影响非常小，在工程应用中基本可以忽略；然而，冲击速度对泡沫铝夹芯板的冲击过程有较大的影响，不同的速度-质量组合下的冲击力时程曲线、冲击持续时间等都有显著差异，冲击持续时间随初始冲击速度的增大呈指数形式减小。在此基础之上，利用数值仿真进一步研究了冲头直径和冲头形状等对泡沫铝夹芯结构动态响应的影响机理。本文的结论可以应用于考虑冲击能量时指导冲击实验的设计以及结构抗冲击性能的评估。

关键词：泡沫铝夹芯板动态响应等能量冲击速度影响冲头形状冲头直径

考虑工况识别的混合动力船舶ECMS控制策略

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武汉理工大学学报(交通科学与工程版) 2024年

作者：熊喆袁裕鹏童亮乌云翔武汉理工大学交通与物流工程学院可靠性与新能源研究所水路交通控制全国重点实验室武汉理工大学无锡赛思亿电气科技有限公司武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心

为提高等效燃油消耗最小策略（equivalent consumption minimum strategy，ECMS）的性能，将工况识别与ECMS策略相结合，通过构建变等效因子ECMS模型对柴电混合动力船舶的动力系统进行控制，合理分配柴油发电机和超级电容的输出功率，... 详细信息

为提高等效燃油消耗最小策略（equivalent consumption minimum strategy，ECMS）的性能，将工况识别与ECMS策略相结合，通过构建变等效因子ECMS模型对柴电混合动力船舶的动力系统进行控制，合理分配柴油发电机和超级电容的输出功率，降低燃油消耗。首先采用k-means二次处理后的典型数据作为训练集训练随机森林分类器，以此分类器作为工况识别模型，再通过评价函数确定不同工况下等效因子取值范围，在此基础上利用动态规划算法（Dynamic Programming，DP）确定不同工况下每一时刻最佳等效因子值，最终构建基于工况识别的变等效因子ECMS控制模型。研究结果表明：提出的控制策略具有良好的SOC控制能力，同时与等效因子不变的ECMS策略中的最佳结果和DP策略相比，油耗分别降低了1.33%和1.72%，且柴油发电机负荷波动明显平缓，超级电容起到了削峰填谷的作用。所提出的能量管理策略有效提高了ECMS策略的性能，在降低油耗的同时利用超级电容削峰填谷的功能平滑柴油发电机负荷波动，有效的保护了器件使用寿命。

关键词：能量管理混合动力等效燃油消耗最小策略工况识别

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基于数据均衡化的船舶涡轮增压系统故障诊断

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2024年第3期48卷 453-458页

作者：李星贤肖文张斌龚梅杰陈辉武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 江南造船集团有限责任公司上海201913

在船舶涡轮增压系统的故障诊断方面,针对正常状态与故障状态数据不平衡的问题,采用基于熵权重的Entropy-Weight SMOTE方法对数据样本进行增强,改善样本的不均衡性,并结合支持向量机(SVM)进行故障诊断.基于已有SMOTE算法与熵理论,以舰船... 详细信息

在船舶涡轮增压系统的故障诊断方面,针对正常状态与故障状态数据不平衡的问题,采用基于熵权重的Entropy-Weight SMOTE方法对数据样本进行增强,改善样本的不均衡性,并结合支持向量机(SVM)进行故障诊断.基于已有SMOTE算法与熵理论,以舰船动力系统仿真平台运行数据作为样本集,搭建基于熵理论的Entropy-Weight SMOTE与SVM的涡轮增压系统故障诊断模型;将舰船动力仿真平台数据样本导入模型进行仿真计算,综合各类评价指标,评判该方法的可行性.仿真实验表明在采用Entropy-Weight SMOTE进行样本均衡化后,分类准确度和综合指标(F-Measure)提升了5.1%和6.5%.结果表明:该方法可以有效提高数据样本不平衡时涡轮增压系统的故障分类效果.

关键词：支持向量机涡轮增压系统样本均衡化故障诊断熵权重

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基于BSO-BP的船舶油耗预测模型

上海海事大学学报 2024年第2期45卷 29-34页

作者：乔磊尹奇志姚昌宏钱巍文赵福芹武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学可靠性工程研究所湖北武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063 潍柴重机股份有限公司山东潍坊261061 潍柴动力股份有限公司山东潍坊261061

为解决基于传统反向传播(back propagation,BP)神经网络的船舶油耗预测模型易陷入极小值和误差较大的问题,提出一种利用头脑风暴优化(brain storm optimization,BSO)算法优化BP神经网络的船舶油耗预测模型(简称BSO-BP模型)。以“维多利... 详细信息

为解决基于传统反向传播(back propagation,BP)神经网络的船舶油耗预测模型易陷入极小值和误差较大的问题,提出一种利用头脑风暴优化(brain storm optimization,BSO)算法优化BP神经网络的船舶油耗预测模型(简称BSO-BP模型)。以“维多利亚凯娅”号内河游船为研究对象,将BSO-BP模型的预测结果与采用传统BP神经网络以及模拟退火(simulated annealing,SA)算法、遗传算法(genetic algorithm,GA)、粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法优化的BP神经网络的船舶油耗预测模型的预测结果进行对比分析。结果表明:与传统BP神经网络模型的预测结果相比,BSO-BP模型预测结果的可决系数R^(2)提高了0.003 9,均方误差、均方根误差、平均相对误差、平均绝对误差分别降低了0.034 4、0.154 1、0.010 2、0.017 8,说明在船舶油耗预测中BSO算法对BP神经网络的预测精度有显著的提升作用;BSO-BP模型预测结果的各项评价指标在所对比的5种模型中均表现最好,说明与SA算法、GA和PSO算法相比,BSO算法对BP神经网络的提升效果更好。

关键词：船舶油耗预测模型头脑风暴优化(BSO) 反向传播(BP)神经网络