基于灰色预测的船舶航向简捷鲁棒控制

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。     

无人船航向闭环成形滤波L_2增益鲁棒控制

将闭环成形滤波方法引入到L_2增益鲁棒控制器设计策略中并对规划控制策略下的无人船航向系统进行控制器设计,借鉴了现代控制理论中的L_2增益鲁棒控制理论和Lyapunov设计方法严谨性特点,并利用经典频域控制理论中的闭环成形滤波的概念,将时域控制器设计与频域控制器设计策略相融合,从实际应用角度出发,完成了规划控制策略下的无人船航向器的设计。最后在仿真实验中,采用所提出的控制器设计策略分别和几种常见实用的控制器在多向不规则波条件下进行仿真对比,证明了所提出的航向控制器具有结构简捷高效,控制参数物理意义明确,综合控制性能好的优势。     

考虑暂态/稳态性能的船舶航向保持控制

为进一步解决模型存在不确定性和外界环境干扰的船舶航向保持指定性能控制问题,在Backstepping方法基础上,引入指定性能函数和系统变换,提出一种适用于一般非线性系统的鲁棒自适应控制策略。考虑到系统初始状态不确定问题,将指定性能函数设计与系统初始跟踪误差关联,充分利用船舶模型内部结构特征,避免了现有研究中针对不同初始跟踪误差和符号需要重新设计控制器的缺陷。该算法解决了船舶航向保持控制中暂态过程对超调量和收敛速率等控制性能的指定问题,理论分析和仿真实例验证了所提出控制策略的有效性。     

有横摇约束的欠驱动船舶航迹跟踪预测控制

针对欠驱动水面船舶在直线航迹跟踪中受到强烈的风、浪、流时变干扰影响时出现大幅度的摇荡运动的情况,采用自适应卡尔曼状态估计和鲁棒预测控制,提出一种具有横摇角约束的控制器综合设计方法。建立时变干扰作用下的仿射切换系统模型及测量模型;基于扩展状态的自适应卡尔曼滤波方法,对船舶模型的状态和随机干扰力矩进行估计,并对估计的干扰力矩进行前馈补偿。考虑船舶的真实状态与卡尔曼观测状态之间存在观测误差,将控制器与观测器综合考虑,提出一种基于状态观测器和H_2/H_∞混合性能指标的直接约束鲁棒预测控制,在性能指标与控制器设计中直接利用观测状态;将状态约束、鲁棒稳定性约束、性能指标转化为LMI(线性矩阵不等式)的凸优化问题。理论证明了所设计闭环系统的一致有界稳定性,并且通过仿真验证了控制器能实现直线航迹鲁棒跟踪,在保证横摇角在约束范围内,对干扰有着有效的抑制作用。     

基于降维观测器状态反馈系统的鲁棒容错控制

对具有不确定参数的连续控制系统,针对传感器失效,研究了鲁棒容错控制器的设计问题.采用Luenberger降维观测器实现系统状态的估计,解决系统状态不易直接测得的问题.在此基础上给出了既保证闭环系统鲁棒稳定,又保证系统具有完整性的鲁棒容错控制器的设计方法.数值算例表明了文中提出的控制器设计方法的有效性.     

船舶减摇鳍闭环成形滤波L2增益鲁棒控制

针对船舶横摇运动存在不确定参数摄动,模型误差和海浪强外界干扰等问题,提出了一种基于闭环成形滤波方法的船舶减摇鳍L_2增益鲁棒控制器设计方案。通过闭环成形滤波器的引入对系统模型的不确定参数摄动进行有效补偿控制。同时外界干扰也通过L_2增益鲁棒控制器设计方法进行了抑制,Lyapunov函数的引入更是在整个控制器设计过程中保证了控制器设计的稳定性。最后通过对育鲲轮在规则波与多向不规则波下的仿真对比实验结果表明:该减摇鳍控制方案具有结构简单,参数物理明确,易于实现,鲁棒性强和控制性能良好等优点,可在充分考虑系统鲁棒性和控制性能的条件下简化船舶减摇鳍控制器设计方案和控制器结构。     

带积分环节的线性系统鲁棒控制器的插值法设计

利用Ｈ∞控制理论中的插值法,研究了带积分环节的线性系统鲁棒控制器的设计。根据系统的内稳定性和鲁棒稳定性要求,给出了满足带积分环的线性系统控制器的插值条件,使设计得到的线性系统鲁棒控制器具有积分控制作用,从而可使系统既能够满足稳态性能的要求,又具有鲁棒稳定性。     

鲁棒与PR控制器对比分析及在中频电源中的应用

为提高中频电源的动态性能和鲁棒性能,将鲁棒控制器应用到中频电源控制当中.在建立控制对象数学模型的基础上,把负载和滤波器电感参数作为不确定因素,基于μ分析与综合方法设计了一个鲁棒控制器.仿真和实验结果表明:动态响应速度比采用双环准PR控制器的中频电源提高了一倍,动态过程中电压的波动也降低了将近40%,且鲁棒性能更好.采用鲁棒控制器的中频电源不仅可以实现无静差跟踪和渐进稳定,而且还具有良好的鲁棒性能以及抗负载扰动能力.     

非脆弱鲁棒PID控制器设计

为了验证鲁棒PID控制器的非脆弱性,利用已有的非脆弱PID控制器参数范围,根据鲁棒PID参数计算方法,给出非脆弱性和鲁棒性都较好的参数.发现了控制器的非脆弱性的获得是以牺牲其鲁棒性为前提的,该结论对非脆弱鲁棒控制器的设计具有指导意义.仿真结果表明:鲁棒PID控制器具有较好的非脆弱性.     

一类线性串联系统的鲁棒H∞控制

对于单级线性系统的鲁棒H∞ 控制器设计 ,只需求解一个代数Riccati方程就能得到其状态反馈阵 .运用这样的状态反馈控制 ,既能保证整个闭环系统是鲁棒稳定的 ,又能达到抑制干扰的效果 .在设计单级线性系统的鲁棒H∞ 控制器的基础上 ,设计出具有串联结构的线性系统的鲁棒H∞ 控制器 ,证明了对于具有两级串联结构的线性系统 ,可分别设计两个简单的单级系统的鲁棒H∞ 控制器 ,通过求解两个Riccati方程 ,得到整个系统的控制器 ,此分段设计方法能保证整个系统在H∞ 范数界约束下二次型稳定     

基于ADRC的船舶航向控制器设计与仿真研究

摘要：船舶航向运动系统具有典型的非线性和不确定性,并受到自动舵执行能力的约束以及风、浪、流等的干扰,使得航向控制器的设计非常困难.针对以上问题给出了带有舵机约束的船舶运动非线性数学模型以及海浪扰动数学模型,对ADRC的原理进行了简要介绍,设计出了船舶航向ADRC控制器.仿真结果表明该控制器对于船舶航向运动的非线性、参数不确定性、环境不确定性以及控制对象的模型变化均有较强的鲁棒性,航向切换控制过程快速、平滑,操舵量小,可以实现高精度的航向保持控制.     

迭代滑模增量反馈及在船舶航向控制中的应用

针对一类不确定非线性受扰动系统,提出一种基于非线性迭代滑模变结构的增量反馈控制算法．通过对系统输出迭代设计非线性滑动模态,并利用增量反馈控制,无需对不确定项的估计,在系统输入增益符号已知的条件下可自动寻找使系统稳定的控制量,避免了变结构控制的抖振以及输出反馈控制的稳态误差与超调问题,强化了变结构控制的不变性特点．对不同船型及舵机模型的船舶航向控制进行了仿真,结果表明,系统阶跃响应超调得到有效抑制,定常干扰下的静态误差得到消除,且控制器对模型摄动及干扰变化不敏感、设计参数易于调节．     

自适应模糊控制器在船用稳压器压力控制中的应用

针对船舶核动力装置中的稳压器压力调节问题,提出一种自适应模糊控制器,通过学习,在线地调整模糊控制规律及进行参数校正,在实际控制过程中丰富完善自己,符合人在控制决策中的思维特点,通过对某船用稳压器的仿真研究表明,自适应模糊控制器获得了良好的效果,已经具有了优化和智能特性。     

基于执行依赖启发式动态规划的船舶减摇鳍在线最优控制

针对船舶线性横摇系统,设计了一种基于执行依赖启发式动态规划(ADHDP)方法的在线学习最优减摇鳍控制器.在设计过程中直接使用输入输出数据获取系统状态值.利用评价网络来逼近针对船舶减摇鳍控制系统设计的性能指标函数,并通过执行网络获得最优控制律,这两个网络都是多层前馈神经网络,即反向传播(BP)神经网络.在训练过程中,这两...     

船舶航向反步自适应控制

针对反步控制算法控制参数多、难整定的问题,经过理论分析提出基于期望指标的二阶系统参数整定方法.将系统变换为二阶系统形式,在选取闭环系统的自然频率、阻尼、闭环系统调节时间与超调量后,确定系统闭环极点,由极点整定了两个关键控制参数,积分增益取值参考PID控制器中积分时间参数的方法整定.在海浪干扰和船舶模型参数出现很大摄动的情况下,对所设计控制器进行了仿真试验,结果表明,所设计的控制器具有很好的鲁棒性,提出的整定控制器参数方法是可行的.     

智能船舶自动舵系统自适应模糊输出反馈控制

针对智能船舶自动舵系统,考虑输入饱和、回转角速度未知和指定性能,提出一种自适应模糊控制算法.本文自适应模糊输出反馈算法采用状态观测器、辅助系统和误差转换系统,模糊逻辑系统用于估计未知非线性函数,状态观测器用于估计未知回转角速度状态,辅助系统和误差转换系统分别用于补偿不匹配控制信号和变换航向角追踪误差.基于Lyapuno...     

随机海浪作用下的船舶横摇减摇预报方法

介绍了能量等分法建立随机海浪模型的方法,并利用所建立的海浪模型对未减摇船舶横摇运行和安装减摇鳍后船舶横摇运行进行了预报,同时按所要求的性能指标进行了减摇鳍控制器参数的设计,并进行了系统的仿真计算,仿真结果和实船运行结果的比较表明,该方法可用于随机海浪作用下的船舶横摇减摇运行预报。     

CATIA环境下船舶机舱虚拟环境的构建

在CATIA环境下,探讨了基于虚拟样机的船舶主动力装置机械领域仿真及其实现方法,完成了主动力装置部件三维实体建模。用视景生成、三维建模及纹理映射基础理论,实现了CATIA环境下基于虚拟样机的船舶主动力装置机械领域仿真。主要包括：部件建模、纹理贴图及材质处理、虚拟环境的构建,并以实船的动力装置设计为实进行了验证,构建了机舱虚拟环境。     

一种基于单神经元的模糊自整定PID控制器

为解决普通的PID控制器设计对系统模型有一定依赖性问题,本文将单神经元网络和模糊逻辑相结合,提出了一种基于单神经元的模糊自整定PID控制器。单神经元控制部分本身还是一个PID控制器,但由于权值可以在线调整,具有较强的自学习和自适应能力,而通过模糊控制器对输出整定,可加速控制过程。将该控制器应用于船舶运动控制仿真中,仿真结果表明,单神经元模糊自整定PID控制器能使船舶更快地达到设定航向,且航向曲线和打舵更加平稳,可明显改善对大纯滞后、大惯性系统的控制效果,在工业控制中有广泛的应用前景。     

Sliding-mode control of path following for underactuated ships based on high gain observer

A nonlinear robust control strategy is proposed to force an underactuated surface ship to follow a predefined path with uncertain environmental disturbance and parameters.In the controller design,a high-gain observer is used to estimate velocities,thus only position and yaw angle measurements are required.The control problem of underactuated system is transformed into a control of fully actuated system through adopting an improved line-of-sight(LOS) guidance law.A sliding-mode controller is designed to eliminate the yaw angle error,and provide the control system robustness.The control law is proved semi-globally exponentially stable(SGES) by applying Lyapunov stability theory,and numerical simulation using real data of a monohull ship illustrates the effectiveness and robustness of the proposed methodology.