舵鳍联合控制参数优化及仿真

船舶上装置的舵和减摇鳍系统分别完成航向和横摇减摇控制,但是两者之间存在着耦合,因此提出了舵鳍联合控制,实现多翼面的协调控制.建立船舶运动系统横荡、艏摇和横摇的三自由度运动、舵和减摇鳍的驱动控制、海浪干扰等数学模型,构建仿真环境.利用线性二次型最优控制理论设计舵和减摇鳍的联合控制器,并采用多目标优化手段确定舵速和鳍速参数,仿真表明,在不同的海况,以及船体不同航行状态下,都取得了显著的减摇效率,效果较减摇鳍单独减摇效果更佳,且能够保证良好的航向控制精度,说明舵鳍联合减摇有效地协调舵和鳍控制水翼的控制力和控制力矩.     

零航速减摇鳍自适应主从控制器设计

零航速下鳍上的水动力与鳍角,角速度和角加速度存在记忆非线性关系,同时船舶横摇模型本身亦具有非线性和不确定性.导致常规控制方式无法直接求取控制量,且不能适应变化的模型和海况.本文通过主从控制器来分离减摇鳍系统的输出和输入非线性,对分离后的系统,采用基于径向基网络的逆控制构成主控制器来求取中间控制量,并自适应横摇模型和海况的变化.采用广义回归神经网络来逼近中间控制量到鳍角的映射作为从控制器.仿真结果表明该方法对横摇模型的不确定性具有自适应性,并可提高在变海况和高海况下的减摇效果.     

升力反馈减摇鳍及其鲁棒控制器的研究

减摇鳍是一种非常重要的船舶减摇装置，但传统的鳍角反馈减摇鳍在没计中存存着很多问题。升力反馈减摇鳍通过测量直接得到鳍上产生的升力克服了角度反馈减摇鳍的缺点，是最为有效的新型减摇设备本文介绍了升力反馈减摇鳍的构成和减摇原理。同时由于减摇鳍特殊的工作环境，系统控制器的设计应尽可能满足随时出现的不确定因素，鲁棒控制器是解决这一问题可行的办法，本文针对实验室中国内第一套升力减摇鳍系统设计了鲁捧H∞控制器，仿真研究表明，所设计的系统能够得到很好的减摇效果。     

基于最佳相位匹配的减摇鳍低航速控制策略

为了满足工程船舶对低航速下减摇的需求,提高船舶在锚泊和低航速下的耐波性,提出减摇鳍在低航速下的控制策略,重点针对低航速下升力与鳍角之间相位关系对航速十分敏感的问题和船舶横摇模型的不确定性问题进行研究.通过数值迭代解决低航速下升力相位对航速的敏感性和升力与鳍角的非线性关系问题,相位调节器可以克服航速测量误差的影响,保证最佳的相位匹配;利用分数阶鲁棒控制器保证模型参数变化时整个系统的控制性能.对所设计的控制策略进行数值仿真,仿真数据表明,在随机海洋环境干扰下,减摇鳍可以获得满意的低航速减摇能力.进行船模水池试验,试验结果也表明,所设计的控制策略可以使减摇鳍在锚泊和低航速下产生满意的减摇效果.     

舵/鳍联合减摇的H∞控制方法

针对舵/鳍联合减摇控制系统的特点,提出了一种新的基于正实性设计思想的H∞控制方案,并根据设计结果对控制器参数进行了综合调节.采用H∞混合灵敏度设计方法,从基本的性能要求和鲁棒稳定性要求出发,对舵减摇控制回路和减摇鳍控制回路进行了设计,并且详细地给出了各个权函数的确定过程.在设计过程中不但考虑了舵机和鳍机的非线性限制,还分析了Bode积分定理对性能的约束条件,在系统的性能和控制输出之间进行了折衷,给出了一组最优的设计结果.仿真结果表明,所设计的H∞控制系统在相应的频带内具有指定的性能,系统在不同海况,不同遭遇角时,都取得了很高的减摇率.而且在对象存在摄动的情况下系统仍具有最优的性能和很好的鲁棒稳定性.     

基于CFD的减摇水舱流体仿真

研究海洋救助船水舱稳定性优化问题,减摇水舱是最有效的减摇装置之一,可在全航速下实现船舶横摇减摇,通常是在台架和实船实验中验证水舱性能的直接有效性,但是耗时长,造价高,针对以上实验的局限性,提出采用CFD流体软件分析水舱的特性.减摇水舱内气体和液体运动是一种典型的VOF气液两相模型,通过对海洋救助船水舱模型建模,分析了水舱内阻尼板布置不同对水舱产生的最大对抗力矩调节,对抗力矩与横摇运动之间相位差以及水舱固有周期的动特性进行仿真.仿真结果表明,减摇水舱流体优化准确性能够满足平衡性要求,为水舱的设计提高有效的依据.     

基于海浪谱估计的减摇鳍浪级调节器设计

由于减摇鳍的最大工作鳍角是有一定限制的,所以当减摇鳍工作的环境高于设计海情时减摇鳍的鳍角饱和率就会增加,从而使减摇鳍长时间工作于非线性状态,这不仅使减摇效果下降,而且会使机械装置加剧磨损。为了在海情增高时控制住减摇鳍的鳍角饱和率,设计浪级调节器是很有必要的。根据船舶横摇时历数据,采取现代谱分析技术,由船舶横摇时历反推海浪功率谱,然后由海浪功率谱来获取海浪信息从而进行浪级调节,以保证鳍角饱和率不超过设计的要求。通过仿真证明此方法不仅很好地控制了鳍角的饱和率而且使减摇鳍的减摇效果有了明显的提高。     

基于RBF神经网络的减摇鳍自适应滑模控制

为减轻船舶在大风浪中剧烈的横摇,减摇鳍是目前应用最广泛的减摇装置.针时船舶减摇鳍系统的非线性和不确定性,在系统不确定性函数结构未知的情况下,提出一种RBF神经网络自适应滑模控制方法.采用RBF神经网络逼近系统不确定动态,并设计权值的自适应律,结合滑模控制增强系统的鲁棒性.在不同有义波高和不同浪向角下,建立随机海浪的干扰模型,应用simulink对系统进行仿真.仿真结果表明,该控制策略在各种海况下,均具有良好的减摇效果和较强的鲁棒性.     

零航速减摇鳍两步主从控制律设计

零航速减摇鳍水动力特性与升力式减摇鳍存在本质差异,前者与鳍角、角速度、角加速度构成 多约束动态非线性映射,不满足后者的近似线性关系,导致对抗式PID控制无法适用.针对零航速 减摇鳍系统特有的动态输入非线性及整体结构,借助非线性分离策略,提出并设计基于变约束模 型预测控制与数值迭代反演的两步主从控制律.仿真 结果表明,控制器性能良好,但受物理性硬约束影响,零航速减摇效率随海情增加而呈非线性递减趋势.     

可控被动式减摇水舱气阀控制规律仿真研究

可控被动式减摇水舱是世界上成功使用的减摇装置之一,气阀控制规律是决定可控被动式减摇水舱减摇效果的关键因素.本文推导了最佳控制相位的理论依据,对气阀开启和关闭时刻的选取进行了详细研究.对不规律波作用下的"船舶-可控被动式减摇水舱"系统进行仿真研究,结果表明控制规律是行之有效的,在各种浪向和航速下都能够获得较好的减摇效果,从而最大限度地发挥了可控被动式减摇水舱的减摇能力.     

The effect of roll-stabilisation controllers on warship operational performance

At present, most ships are stabilised for roll using active fins controlled by a PID controller developed using classical control theory and these appear perfectly adequate for most warships. However, what is not known is how the choice of controller for a fin-stabilisation system affects the operational performance of the ship. This paper illustrates the potential improvements in the ability of a warship to perform an anti-submarine warfare mission in the North Atlantic when using different control strategies for fin-roll stabilisation. Also included is an assessment of the potential benefits to operational performance of an integrated fin rudder roll stabilisation system.     

Lift fin stabilizers based on data fusion with wavelet denoising technology

Fin stabilizers with fin-lift feedback control can shield the mapping error of calculation between the fin angle and fin lift force, which is in the fin stabilizer with fin-angle feedback control. In practice, there are some technical difficulties in lift fin stabilizers, such as lift force detection and lift force sensor installation, so it cannot achieve the good antirolling performance. Therefore, a fin stabilizer system with fin-lift/fin-angle integrated control is brought forward. Data fusion based on wavelet denoising technology is employed in the system, which combines lift with fin angle local information from two sensors with different frequency ranges in order to eliminate redundant and contradictory information, and using complementary information to obtain the relative integrity of the lift force signal. The system model is established in this paper, and the fusion signal and the antirolling performance of this model are simulated respectively. The result shows that the control system can meet the antirolling need in different sea situations.     

虚拟机在舰艇编队一体化防御系统中的应用

面对信息化、远程精确打击的空袭作战,必须构建网络化、一体化的防空作战体系;主要针对舰艇编队一体化防御系统中无线网络的不可靠性,设计了基于嵌入式虚拟机的架构,提出了任务的动态分配和移植算法;首先根据作战环境中网络的拓扑条件,虚拟机动态的将控制任务分配到可靠的无线节点中,并实时监测网络状态,当网络结构发生变化时,将底层不可靠无线节点中的控制任务移植到可靠的无线节点中;通过这种方法可以解决作战环境恶劣和无线网络本身的不可靠引起的控制的不稳定性问题,确保防御任务的顺利进行;仿真结果表明,当编队一体化防御系统的链路发生故障时,此方法能够在不改变原有控制算法的基础上,迅速重建控制构架,不仅适用于舰艇编队一体化防御系统这种对时间要求和安全性要求高的系统,而且对基于无线网络的控制系统也有一定的借鉴意义。     

ATM网络的一种实时传输调度和信元丢失控制的综合方案

本文提出了ＡＴＭ网络的一种实时传输调度和信元丢失控制的综合方案。     

A new parallel meshing technique integrated into the conformal FDTD method for solving complex electromagnetic problems

A new efficient parallel finite-difference time-domain （FDTD） meshing algorithm, based on the ray tracing technique, is proposed in this paper. This algorithm can be applied to construct various FDTD meshes, such as regular and conformal ones. The Microsoft F# language is used for the algorithm coding, where all variables are unchangeable with its parallelization advantage being fully exploited. An improved conformal FDTD algorithm, also integrated with an improved surface current algorithm, is presented to simulate some complex 3D models, such as a sphere ball made of eight different materials, a tank, a J-10 aircraft, and an aircraft carrier with 20 aircrafts. Both efficiency and capability of the developed parallel FDTD algorithm are validated. The algorithm is applied to characterize the induced surface current distribution on an aircraft or a warship.     

多导航传感器的数据融合处理方法研究

在舰船导航过程中为克服单一模型的卡尔曼滤波器对真实系统状态参数发生变化时造成滤波误差过大甚至发散的现象,将多模自适应控制用于导航数据融合处理方法中,设计了组合导航系统的多模型自适应卡尔曼滤波器,通过数字仿真将单一模型的INS/GPS/Doppler组合导航系统与多模自适应控制的组合导航系统的性能进行了比较,表明了多模自适应控制在组合导航系统中可以改善系统的瞬态响应和覆盖大范围的参数不确定性,提高了组合系统的导航精度.     

冗余组合导航系统的软件设计及可靠性分析

提出了冗余组合导航应用软件的实用设计方法，当组合导航应用软件中多个任务模块采用N文本法和恢复块法进行冗余设计时，给出了含有容错模块的软件系统的可靠性的评价模型及计算方法。     

捏合机恒温供水系统的研究

本文分析了捏合机生产过程的特殊性，并结合温度控制要求，提出一种恒温供水系统解决方案。在该方案中，恒温供水系统用一个控制水箱对捏合锅夹套进行水循环，达到控制被混合物料反应温度的目的。实施结果表明：恒温供水系统可以简化结构，降低故障发生率，并取得良好的温度控制效果，     

开放结构智能舰资源管理系统体系研究

基于中间件的开放结构智能舰资源管理系统(OARM)是一种独立的系统软件或服务,分布式舰艇系统借助这种服务在不同的技术之间共享资源,总的作用是用来屏蔽各级分系统网络硬件平台的差异性和操作系统与网络协议的异构性,使运行于不同技术平台的分系统能够平滑集成。本文对OARM的体系进行研究,给出了OARM的总体结构和部署模型。     

基于LabView的直驱式液压调平系统设计

传统的起竖平台上,液压支腿的供给油箱通常和起竖油箱共用一个公共油箱,这样不仅仅增加了管路布局的难度,而且增大了出现故障的几率,为解决此问题,笔者设计了一种基于LabView的直驱式液压调平系统。利用LabView生成的控制软件对该设备的各个传感器参数进行采集和分析,并输出控制信号给到伺服驱动器实现调平,而且增加了高度调节的功能,可以在不同的离地高度进行平台的调平。并对方案进行实际验证,运行的结果表明方案可行,管路简单,减少能耗,而且保障了调平的时间不增加甚至有一定程度缩短,精度也可以达到要求。