基于船舶运动控制的Matlab仿真

在分析随机海浪的波能谱和船舶的受力情况的基础上,建立随机海浪模型和船舶运动模型.用PID控制方法实现减摇鳍的控制,并用Matlab软件对海浪的波倾角和船舶的横摇角进行仿真.通过比较仿真结果发现,PID控制减摇鳍能使船舶减摇达90%以上.结果表明,该方法可以很好地用于随机海浪作用下的船舶横摇减摇预报.     

基于船舶运动控制的Matlab仿真

在分析随机海浪的波能谱和船舶的受力情况的基础上,建立随机海浪模型和船舶运动模型。用PID控制方法实现减摇鳍的控制,并用Matlab软件对海浪的波倾角和船舶的横摇角进行仿真。通过比较仿真结果发现,PID控制减摇鳍能使船舶减摇达90％以上。结果表明,该方法可以很好地用于随机海浪作用下的船舶横摇减摇预报。     

改进粒子群算法的PID神经网络解耦控制

综合减摇控制系统存在非线性、多变量、强耦合等因素,会导致减摇系统达不到最佳控制状态。利用粒子群算法具有对整个空间进行高效搜索以及PID神经网络的自适应特点,提出一种改进粒子群算法,以解决粒子群算法中存在算法精度不高、粒子易陷入局部极小值等问题,并提高PID神经网络训练速度和训练精度,便于参数寻优。仿真结果表明,改进的粒子群算法具有一定优越性,将其运用到综合减摇控制系统解耦控制器设计中,能够有效地减小船舶横摇,达到较好的控制效果。     

非线性非最小相位船舶舵减摇系统的滑模控制

建立了从舵到横摇角的非最小相位非线性船舶模型,利用滑模控制方法设计同步横摇阻尼和航向保持的稳定控制器。船舶减摇建模时假设模型误差的数量级和扰动已知,且设计的滑模控制器可实现对一阶波浪扰动的稳定调节。基于李亚普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性,仿真实验的结果验证了所设计的控制器的优良跟踪性能和鲁棒性。     

非线性船舶随机波上的减摇控制器设计

通过数学变换,将船舶在给定随机波上的、直到颠覆的大幅度横摇方程转化成状态方程描述形式.分析系统条件基础上,通过构造法,验证系统满足控制器设计假设条件.基于随机控制Lyapunov函数设计了横摇情况下船舶的减摇控制器,利用离散相似法构建了随机非线性系统的数值算法.仿真结果表明,被镇定系统的倾覆概率大大降低,验证了该控制器的有效性.     

模糊控制在船舶减摇技术上的应用

本文首先阐述了模糊控制的基本原理,然后将模糊控制器应用于船舶减摇装置－减摇鳍系统,与原理针对具体海情设计的PID控制器减摇效果相比较,说明模糊控制器较PID控制器能取得更好的效果。     

混合建模法在船舶横摇运动建模中的应用研究

为了反映出船舶横摇运动机理模型没能体现出的船舶横摇运动的非线性特征和机理模型所作的简化处理所遗漏的各种动态、静态信息,文章以复合神经网络作为补偿模型,建立了船舶横摇运动混合模型.仿真结果表明,复合神经网络混合模型输出在120秒后非常接近期望输出,比一般神经网络混合法更接近期望输出,从而证明复合神经网络混合建模法可以得到精确的、强泛化力的船舶横摇运动模型.复合神经网络混合建模法不仅适用于船舶运动建模,也适用于其他复杂系统、不确定系统的建模.     

潜艇近水面低航速减摇的自适应神经元变结构控制

潜艇在近水面低航速航行时,为了有效克服波浪干扰力矩的作用,依据仿生翼减摇原理和变结构控制理论,在潜艇非线性模型基础上提出横摇控制器和纵摇控制器的设计方法.该方法以横摇角和纵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,计算了横摇和纵摇的变结构控制律.针对抖振现象,利用自适应神经元对趋近率进行在线修正.仿真结果表明,改进后的变结构控制提高了潜艇近水面低航速航行时的减摇控制性能.     

鲁棒H∞控制理论在舵减摇中的应用

针对船舶舵减横摇控制系统的非最小相位特性,提出了基于正实性设计思想的鲁棒H∞设计方案.分析了系统的性能要求和舵机对舵角和舵速的限制,给出了权函数选择的详细过程,设计了舵减摇的H∞控制器.考虑了系统模型可能存在的不确定性,将鲁棒H∞设计结果与传统的PID设计结果进行了对比.仿真结果表明,所设计的舵减摇H∞控制系统不但取得了很高的减摇效果,而且具有很好的鲁棒稳定性;而传统的PID控制系统在对象模型存在摄动时,会导致系统不稳定,鲁棒性很差.     

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.     

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.     

基于改进主从控制结构的海洋机器人零航速减摇鳍系统

利用零航速减摇鳍系统实现对海洋机器人在近水面低速航行时的横摇姿态控制. 基于零航速减摇鳍的非线 性动态特性和海洋机器人横摇解耦模型, 提出具有主从结构的横摇减摇控制规律. 设计具有积分滑模面的变结构控 制规律, 估算系统期望横摇扶正力矩, 并进一步结合非线性跟踪控制理论和反馈线性化方法, 建立减摇鳍子系统模 型, 设计从属控制规律驱动减摇鳍产生实际横摇稳定力矩. 仿真结果和理论分析表明, 所设计的控制规律是稳定且有 效的.

     

减摇鳍被动式加载系统的多余力特性分析

减摇鳍是目前减摇效果最好、应用最为广泛的船舶减摇装置,其加载系统能够模拟鳍在不同攻角时所受到的海浪扰动力,用于对相关参数的测量。检测分析减摇鳍加载系统输出的多余力特性及其随动系统的相关技术性能指标,可以提高可靠性。     

PLC在减摇鳍数字化改造中的应用

介绍了PLC应用于某舰艇减摇鳍系统数字化改造。建立了以PLC为核心的数字控制系统,在不增加任何输入信号的情况下,实现原有控制系统的各项功能。此数字控制系统与以数字阀为核心的数字液压随动系统结合,简化了减摇鳍系统结构,提高了系统可靠性。改造后的数字化减摇鳍系统已在某型舰艇上成功投入使用。     

全航速升力反馈减摇鳍控制策略研究

提出全航速减摇鳍控制策略,对低航速和中航速切换策略进行研究．采用升力反馈封装鳍角到升力的不确定性,避免在零航速和低航速下复杂的控制规律;同时,基于T-S模型将横摇非线性不确定系统转化为线性时变系统,并将控制中的约束非线性优化问题转化为二次规划问题,避免了预测控制中的非线性优化在线求解．以某船为例,给出了低中航速的切换控制策略,仿真结果表明了该方法可以使减摇鳍满足全航速减摇要求．     

基于非线性干扰观测器的减摇鳍滑模反演控制

利用一种非线性干扰观测器观测减摇鳍系统的不确定性和随机海浪干扰,通过选择设计参数使观测误差指数收敛.针对引入非线性干扰观测器后的系统采用滑模反演法设计控制器,控制律的设计保证了闭环系统的稳定性.仿真结果表明,在不同浪向角和航速的各种海况下采用该控制策略,系统均能取得较好的减摇效果,同时能很好地克服对象的不确定性和随机海浪干扰,鲁棒性较强.     

适用于不同海浪的变参数减摇鳍控制器设计

为了减小船舶的横摇,使船舶在海上能够安全地航行,减摇鳍是船舶减摇行之有效的方法.具体阐述应用80C196KC减摇鳍控制器的硬件和软件设计方法.为了能够使减摇鳍控制器达到更好的减摇效果,采用变参数PID控制方法,使得减摇鳍控制器能够更好地适应随机变化的海况,使减摇效果更加理想.减摇鳍控制器的设计主要包括PID控制器设计、航速调节器设计、浪级调节器设计.根据不同航速、浪级调节减摇鳍控制器的输出,使得减摇鳍能够平稳、可靠地工作.该控制器稍加调试就能满足实际的应用,具有实际的应用意义.