Kalman滤波用于舰船运动姿态估计的研究

讨论了 Kalman 滤波用于舰船横摇运动姿态估计的应用方法与应用效果针对海浪干扰及测量噪声均为有色噪声的情况下,提出了如何使用 Kalman 次优滤波器和最优滤波器进行舰船横摇运动姿态的估计和预报的理论基础与方法.在IBM 计算机上进行了数字仿真,并给出了仿真的统计结果与仿真曲线.结果表明,采用本文研究的方法进行舰船横摇运动姿态的估计,可获得令人满意的结果。     

基于深度强化学习技术的舰载无人机自主着舰控制研究

自主着舰是未来舰载无人机面临的重要难题与关键技术. 基于TD3算法结合舰载飞机六自由度运动以及航空母舰运动模型,构建了交互式深度强化学习仿真环境. 针对典型海况进行了舰载无人机自主着舰训练,仿真训练过程中综合考虑海况以及航空母舰纵荡、横荡和沉浮3个线扰动,滚转、俯仰和偏航3个角扰动等因素,建立对应简化运动模型; 基于某型飞机气动数据进行气动力建模,建立六自由度运动学/动力学模型; 基于TD3强化学习算法,结合前馈型深度神经网络技术,在高性能GPU工作站上建立舰载机着舰交互训练环境. 通过某型舰载无人机在无模型环境中“试错”训练,验证了AI技术在舰载无人机自主着舰控制中的可行性.     

舰船横摇运动准最小方差控制

对装备减摇鳍系统的舰船横摇运动的准最小方差控制、加权准最小方差控制进行了研究,在计算机上进行了数字仿真,并与目前工程上使用的PID控制进行了比较.结果表明:舰船横摇运动的准最小方差控制与加权准最小方差控制均可获得令人满意的效果.     

非线性自抗扰控制器在船舶减摇鳍系统中的应用

为了保证减摇系统在各种工况下都能获得理想的减摇效果，基于自抗扰控制（ADRC）方法进行了减摇控制系统的研究，针对船舶横摇运动的非线性与不确定性，采用扩张状态观测器对船舶横摇运动姿态进行估计，利用非线性控制策略提高控制品质与鲁棒性，完成了非线性状态反馈减摇控制系统的设计，对ADRC减摇系统进行了数字仿真，仿真结果表明，所设计的ADRC减摇系统减摇效果显著，鲁棒性好，适应性强。     

TECS｜H_∞控制在无人机纵向着舰中的应用研究

针对无人机纵向自动着舰,运用总能量控制（TECS）的思想建立了无人机纵向自动着舰系统,设计了H∞输出反馈控制器。为了实现对移动目标的跟踪,引入了一种新的着舰导引控制算法,通过对所设计的先锋无人机的纵向自动着舰导引系统仿真表明,通过升降舵和油门的协调控制,实现了速度和航迹的解耦控制,且该设计能满足着舰要求,能有效地抑制舰尾流干扰的影响,具有良好的鲁棒性能。     

船舶运动姿态极短期预报研究

舰载机着舰是对海上飞行要求极高的作业,对舰船未来时刻的运动姿态进行预报,可以避免舰载机同飞行甲板的剧烈碰撞,保证舰载机在有风浪的海上安全起降。本文根据船舶运动特点,分析了船舶在海上航行时的运动过程。利用船舶运动的测量数据和艏前波值运用时间序列分析方法建立了船舶运动的数学模型并给出运动姿态的预报值。通过本方法的研究可以得到满意的船舶运动预报值。     

舰船摇摆环境飞机牵引车牵引特性仿真分析

为了研究舰船摇摆环境下飞机牵引车的牵引特性,通过对一辆舰载牵引车的实际测试,基于Virtual.Lab Motion软件平台建立了该牵引车的多体动力学模型.经过各种仿真试验,从牵引速度、牵引力及附着力3个主要方面分析了舰船摇摆运动对牵引车牵引特性的影响规律,初步掌握了舰船横摇、纵摇和垂荡及舰船摇摆中心、幅值和周期等因素...     

基于改进人工蜂群算法的大型舰船主尺度优化

针对大型舰船方案设计的具体特点,选择了飞行甲板面积最大化、初稳性高最合理化、估算阻力最小化和横摇固有周期最大化等4个优化目标,建立了适用于大型舰船主尺度优化设计的多目标模型,并基于最小偏差法建立了统一的目标函数。采用人工蜂群算法对优化模型进行了求解,并对人工蜂群算法的初始化方法和观察蜂的选择机制进行了改进,通过仿真计算,验证了人工蜂群算法求解复杂问题的优越性和改进策略的合理性,以及该算法在船舶设计中应用的可行性。     

舰载飞机纵向自动着舰控制系统研究

对飞机纵向自动着舰控制系统进行了分析与研究。作者将升降速率（Ｈ－Ｄｏｔ）控制系统与进场推力补偿系统结合在一起，以便对飞行姿态和发动机的推力进行综合控制。文中讨论了该综合控制系统的控制规律、导引控制规律的设计方法以及舰体运动补偿网络及参数的选择方法。在考虑自由大气干扰、舰尾流和甲板运动的条件下，以国产某型号飞机为例，对其纵向自动着舰控制系统进行了分析、设计与仿真，并提供了部分仿真结果。     

面向小型舰船的固定翼无人机海上回收方法综述

随着现代海战向立体化、多层次的发展,舰/船载无人机着舰技术得到广泛的研究与应用.为研究舰/船载无人机着舰技术的发展现状及其亟需解决的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结.无人机着舰技术是指无人机借助舰/船及机载导引系统,以飞行控制系统为依托,按照着舰/船流程,通过舰/船及无人机拦阻装备实现满足精度要求的着舰技术.首先,概述了固定翼无人机在小型舰/船上回收技术发展历程,比较分析各种回收技术的优缺点.其次,重点阐述"飞行中制动回收"和"定点高精度回收"方式的关键技术;最后,总结了固定翼无人机小型舰船着陆技术的发展过程中亟需解决的关键技术难题,包括无人机导航系统、控制系统等技术.研究表明,舰/船载无人机着舰技术研究尚未形成成熟的解决方案,仍有许多技术难题亟需解决.本研究为中国固定翼无人机海上回收系统的方案设计提供参考.     

船舶非线性横摇运动的分岔控制

为了提高船舶横摇运动的稳定性,基于分岔理论,设计了一分岔控制器来控制船舶非线性横摇中出现的鞍-结分岔运动.应用多尺度法得到了船舶非线性横摇受控系统主共振情况下的幅频响应方程及奇点的特征方程,由奇异性理论分析了该非线性系统的分岔特性,提出了抑制或延缓分岔运动产生的控制方法,分析了不同控制方法对船舶横摇运动和稳定性的影响.数值模拟表明所设计的分岔控制器是可行和有效的.     

无人机自动撞网着舰轨迹自适应跟踪控制

针对舰载小型固定翼无人机的自动撞网着舰技术进行研究,基于无人机气动数据建立六自由度非线性数学模型。构建无人机撞网着舰引导与控制系统结构,设计了撞网着舰三维基准下滑轨迹,采用滤波引导方法设计纵向和侧向引导律。在无人机模型参数未知的情况下,采用模型参考自适应控制分别设计了升降舵、油门、副翼和方向舵控制通道的自适应控制律。舰载无人机非线性模型的数值仿真结果表明,自适应飞行控制方法下的无人机具有较精确的着舰轨迹跟踪性能。     

海上布放系统的建模与间隙研究

使用虚拟样机技术和正交试验设计技术对海上布放系统进行了设计研究。建立了船舶的运动模型和甲板起重机的动力学模型，采取正交试验设计的方法对布放过程中工作设备与船舶的动态间隙进行了研究，仿真结果表明更大的航行速度和绳子的释放速度、工作在横摇状态下比纵摇状态下布放过程更安全。     

液压式阻拦系统的数学建模及仿真

为了确定舰载机着舰过程中的动态变化,对美国航母上MARK7 Mod1型液压式舰载机阻拦系统开展研究,建立的阻拦系统的数学模型.利用Matlab对所建立的阻拦系统模型进行仿真分析,论述了着舰过程中阻拦系统和舰载机的动态变化,分析了液压装置和定长冲跑控制装置的在着舰过程中的作用.结果表明:利用MARK7 Mod1型阻拦系统,航母上的舰载机在一定的速度范围内着舰降落,都能够在固定的甲板长度内平稳的拦停,实现舰载机的安全着舰.     

基于希尔伯特变换的两栖车辆非线性横摇运动模型辨识研究

为了识别两栖车辆非线性横摇运动方程,首先采用希尔伯特变换法把自由横摇衰减信号变换成解析信号,该解析信号包含了自由横摇运动的瞬时幅值信息和瞬时频率信息,并给出了两栖车辆非线性横摇运动方程阻尼函数和恢复函数与瞬时幅值和频率的关系式,最后由最小二乘法拟合拟合即可获得两栖车辆非线性横摇运动方程的非线性阻尼项和恢复项系数.应用所提出的方法针对数值仿真实例和某两栖车辆1∶4模型自由横摇衰减实验数据,成功地估计出了非线性参数,估计值与真值及实验值吻合很好.估计结果表明所提出的方法可以用于估计两栖车辆非线性横摇运动方程,而且精度满足工程需求.     

菲涅耳引导光线惯性补偿稳定规律研究

过于狭窄的着舰甲板、航母的海上运动以及舰尾气流场的扰动,使得舰载机的着舰任务困难重重.在众多着舰方式中,菲涅耳光学引导着舰是最可靠、最常用的着舰方式.该文系统的介绍了菲涅耳引导系统(FLOLS)的组成、引导机理和惯性稳定补偿原理.利用国外的实测参数,采用成型滤波器的方法获得了船体的运动形式,根据系统结构配置分别建立了引导光线模型和惯性稳定补偿模型,通过静态仿真研究验证了模型的正确性和惯性稳定补偿策略的稳定效果,通过动态仿真分析得到了基于惯性稳定补偿的引导光线的运动规律.本文的研究为菲涅耳助降引导系统的实际应用和系统的引导控制研究提供了依据.     

航母飞行甲板作业抗损能力分析

为了研究反舰武器攻击所引起的航母飞行甲板作业能力的下降程度,采用甲板板块(flight deck-plate,FP)对飞行甲板及其上的各航空保障资源进行建模,通过子母弹形式的反舰战斗部对飞行甲板的攻击进行仿真,得到各甲板资源及舰载机的毁伤数据。以单航母战斗群为算例,采用基于排队网络的架次率模型计算得到相应的出动回收能力下降情况,进而量化评估反舰战斗部对飞行甲板的损伤效应。通过计算不同数量战斗部攻击飞行甲板所造成的出动回收能力的降低,获得了飞行甲板作业能力对反舰武器攻击的敏感程度及抗损能力。结果表明:所建立的航母飞行甲板作业抗损能力分析模型具有较好的科学性和适用性,能够为飞行甲板的生命力设计提供技术支撑。     

两栖车辆非线性横摇运动的Lyapunov特性指数分析

为了确定两栖车辆在规则波浪激励下的非线性横摇运动形式,根据Lyapunov特性指数(LCE)的定义,采用QR分解法计算两栖车辆横摇运动的LCE,再根据计算出的LCE判断两栖车辆的运动形式.以两栖车辆为例,计算了当波浪频率与横摇固有频率的频率比为1时横摇运动为周期性的运动,当频率比为1.25时横摇运动为混沌运动,并通过数...     

潜艇近水面舵减横摇的改进变结构控制

为了提高横摇控制性能,依据潜艇舵减横摇的原理和变结构控制理论,在潜艇非线性模型基础上提出了航向控制器和横摇控制器的设计方法.该方法以航向角和横摇角各自的偏差及其导数建立变结构控制切换面,选取相应的指数趋近律,分别计算了航向和横摇的变结构控制律,最后利用加权方法得到了总的方向舵控制规律.针对变结构控制的抖振现象,利用自适应双神经元对趋近率进行在线修正.仿真研究表明,改进变结构控制提高了近水面航行潜艇水平面操纵控制的性能.     

基于相位匹配的零航速减摇鳍控制策略研究

零航速减摇鳍常规减摇和零航速减摇两种模式下生力机理不同而导致控制策略不尽相同。本文从两种模式下生力机理出发,分析海浪干扰、船舶横摇、鳍的动作及鳍上产生的减摇力之间的相位关系,分别得出两种模式下反馈控制策略。通过与常规减摇鳍控制方法对比,不仅验证了所得常规减摇模式下的控制策略的正确性,而且也验证了相位匹配分析方法的适用性;而零航速减摇模式下的控制策略则通过仿真和水池试验进行验证。结果表明:基于相位匹配得到的零航速减摇鳍的控制策略是有效且实用的,可为实际工程应用提供参考。